工業(yè)領(lǐng)域能源消費(fèi)約占全社會(huì)能源消費(fèi)的65%，是節(jié)能重點(diǎn)領(lǐng)域和主戰(zhàn)場(chǎng)之一。6月底，工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、財(cái)政部等六部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《工業(yè)能效提升行動(dòng)計(jì)劃》，提出至2025年，規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗比2020年下降13.5%，新增高效節(jié)能電機(jī)占比達(dá)到70%以上，新增高效節(jié)能變壓器占比達(dá)到80%以上，將在重點(diǎn)用能行業(yè)遴選100家能效“領(lǐng)跑者”企業(yè)，探索創(chuàng)建10家超級(jí)能效工廠。能效等級(jí)高，可靠性強(qiáng)的變頻器以及電機(jī)控制算法將迎來(lái)新的增長(zhǎng)空間。

蘇州偉創(chuàng)電氣科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)：偉創(chuàng)電氣)提前布局高效電機(jī)領(lǐng)域，已掌握異步感應(yīng)/永磁同步/同步磁阻電機(jī)的矢量控制技術(shù)、電機(jī)高頻注入控制技術(shù)、電機(jī)參數(shù)辨識(shí)技術(shù)、高速弱磁等關(guān)鍵核心技術(shù);在產(chǎn)品性能方面，該公司變頻器產(chǎn)品在支持的電機(jī)類(lèi)型、開(kāi)環(huán)矢量控制性能、閉環(huán)矢量控制性能、電機(jī)參數(shù)學(xué)習(xí)等技術(shù)指標(biāo)上，與國(guó)內(nèi)同行業(yè)上市公司處于同一水平。

為大力推動(dòng)高效電機(jī)應(yīng)用，偉創(chuàng)電氣已專(zhuān)門(mén)成立高效能源SBU，目前已與行業(yè)內(nèi)多家電機(jī)廠家達(dá)成戰(zhàn)略合作關(guān)系。近期，本刊采訪偉創(chuàng)電氣研發(fā)中心副總監(jiān)何承曾，請(qǐng)他從工業(yè)能效提升、碳化硅(SiC)功率器件優(yōu)勢(shì)、以及偉創(chuàng)電氣碳化硅(SiC)驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用等方面進(jìn)行解讀。

01更高效、節(jié)能的半導(dǎo)體材料——碳化硅(SiC)

經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，變頻調(diào)速系統(tǒng)已廣泛使用在工業(yè)場(chǎng)合，雖然傳統(tǒng)硅基功率器件在其低損耗，高開(kāi)關(guān)頻率，高功率密度特征上持續(xù)提升，但是由于自身特點(diǎn)的限制，在部分溫度高，安裝體積緊湊，電機(jī)電磁噪聲敏感的工業(yè)傳動(dòng)場(chǎng)合，已無(wú)法適應(yīng)高功率密度、高溫環(huán)境、低電機(jī)噪聲控制的應(yīng)用要求，在一定程度上進(jìn)入發(fā)展瓶頸期。

伴隨新材料、新工藝的日益發(fā)展，被譽(yù)為第三代半導(dǎo)體材料的碳化硅功率器件，逐步走進(jìn)行業(yè)內(nèi)開(kāi)發(fā)與從業(yè)者的視野。碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)為，相較于傳統(tǒng)的硅功率器件，其禁帶寬度為1.12eV，工作溫度局限在175℃;而碳化硅功率器件禁帶寬度為3.26eV，具有較寬的帶隙，工作溫度可高達(dá)200℃。

在能量損耗方面，相較于同開(kāi)關(guān)頻率硅功率器件，碳化硅功率器件可以減少50%。其次，碳化硅功率器件還具有較高的熱導(dǎo)率、高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、高飽和漂移速率、高熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，其擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度比同類(lèi)傳統(tǒng)硅功率器件更高，從而降低了對(duì)系統(tǒng)熱預(yù)算的要求，因此更適用于高頻、高壓、高溫等工作場(chǎng)景中。

何承曾談到，偉創(chuàng)電氣基于碳化硅功率器件的特性，所研發(fā)的變頻器支持開(kāi)環(huán)矢量和閉環(huán)矢量?jī)煞N控制方式，載波頻率達(dá)到100kHz, 輸出頻率達(dá)到10kHz，采用電機(jī)諧波電流控制技術(shù)，優(yōu)化轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)更低電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及電機(jī)電磁噪聲，DPWM /CPWM智能切換動(dòng)態(tài)載波調(diào)制，力求能耗與性能的最優(yōu)權(quán)衡。

其次，在功率器件死區(qū)時(shí)間控制方面，偉創(chuàng)變頻器最小死區(qū)時(shí)間控制在300ns左右，大幅提升輸出電壓利用率，與同類(lèi)產(chǎn)品相比提升10%。

此外，該變頻器全功率段采用單管及單管并聯(lián)方案，以獨(dú)特軟/硬件配合動(dòng)態(tài)控制方法，實(shí)現(xiàn)單管之間有效均流，在功率器件異常情況(過(guò)流，短路)下快速保護(hù)，通過(guò)對(duì)變頻器中功率器件驅(qū)動(dòng)參數(shù)優(yōu)化，器件與結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，解決變頻器實(shí)際使用過(guò)程中(由于功率器件高du/dt產(chǎn)生的變頻器自身及配套使用設(shè)計(jì))的電磁干擾問(wèn)題。

02偉創(chuàng)電氣碳化硅驅(qū)動(dòng)器，應(yīng)用潛力廣泛

電動(dòng)汽車(chē)、氫能源、智能電網(wǎng)、核電、太陽(yáng)能、風(fēng)能等能源領(lǐng)域以及船舶、海工、航空、航天、高速軌道交通等技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)功率器件的性能提出了更高的要求。據(jù)了解，偉創(chuàng)電氣碳化硅功率變頻器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝日趨完善的前提下，已挖掘出材料本身所決定的理論極限，在應(yīng)用功能上可替代第二代半導(dǎo)體材料硅，滿足未來(lái)更高需求，將在工業(yè)界獲得更廣泛的應(yīng)用。

▲偉創(chuàng)電氣開(kāi)發(fā)的 SiC 碳化硅驅(qū)動(dòng)器

從具體市場(chǎng)反饋與接受度來(lái)看，何承曾指出，偉創(chuàng)電氣第一款碳化硅驅(qū)動(dòng)器是公司為某行業(yè)龍頭企業(yè)定制化設(shè)計(jì)， SiC器件使用英飛凌

FF11MR12W1M1_B11 模塊件方案，目前已完成中功率及小功率多款機(jī)型開(kāi)發(fā)，在客戶(hù)端裝車(chē)試驗(yàn)，碳化硅能提供更加高效節(jié)能、體積緊湊的電子核心器件，具有強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。

隨著環(huán)保壓力增大和能源趨于緊張，新能源汽車(chē)作為關(guān)鍵方向日益受到重視，其中氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)以其零排放、高能效、續(xù)航里程長(zhǎng)、加注燃料時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是新能源汽車(chē)發(fā)展的重要方向之一，而燃料電池專(zhuān)用空壓機(jī)(由于轉(zhuǎn)速高，體積小)一直是攻克的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，偉創(chuàng)電氣針對(duì)燃料電池空壓機(jī)電機(jī)控制器應(yīng)用所研發(fā)的高速驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，其控制精度高，響應(yīng)速度快，保護(hù)功能完善，為客戶(hù)提供完美的系統(tǒng)解決方案。

03擺脫國(guó)外供應(yīng)商依賴(lài)瓶頸，偉創(chuàng)電氣貢獻(xiàn)行業(yè)力量

近年來(lái)，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，成為硅功率器件市場(chǎng)擴(kuò)展的重要推動(dòng)力。碳化硅功率器件已經(jīng)迅速進(jìn)入新能源充電樁、車(chē)載充電器、電機(jī)控制器等應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在電機(jī)控制器方面，使用碳化硅功率器件，可以將電機(jī)控制器體積縮小80%、重量減輕70%，最高效率達(dá)到99%，這些優(yōu)勢(shì)將有效地提升新能源汽車(chē)的續(xù)航能力、空間利用等關(guān)鍵性能指標(biāo)。

此外，碳化硅驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)提高運(yùn)行載波，節(jié)省輸出濾波裝置或縮小電機(jī)體積等方式，有效改善現(xiàn)有高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的痛點(diǎn)。隨著高速空浮、磁浮電機(jī)的應(yīng)用普及，碳化硅驅(qū)動(dòng)器憑借技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將迅速占領(lǐng)該類(lèi)產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)。

為取得更高市場(chǎng)占有率，何承曾認(rèn)為，成本目前是碳化硅功率器件所面臨的較大挑戰(zhàn)，據(jù)CASA預(yù)測(cè)，隨著SiC上游襯底、外延價(jià)格下降，預(yù)計(jì) SiC 二極管和 SiC MOSFET 等器件的價(jià)格，每年以超過(guò)10%的速度下降，并逐步取代 Si 器件。

隨著國(guó)內(nèi)SiC功率器件產(chǎn)業(yè)化逐步完善，基于碳化硅功率器件的高效、高可靠性變頻器，將是下一代電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的發(fā)展方向。偉創(chuàng)電氣表示將利用重要的發(fā)展機(jī)遇，為擺脫長(zhǎng)期以來(lái)依賴(lài)于國(guó)外器件供應(yīng)商的產(chǎn)業(yè)瓶頸，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化替代貢獻(xiàn)自己的行業(yè)力量。