電動汽車背后的勢頭已經達到了拐點，很難想象電動汽車在我們的道路上不是一個重要存在的未來。這改變了很多，不僅僅是我們的購買偏好和駕駛習慣，還有我們對移動性的思考方式。

想象一下亨利·福特之前的世界。加油的地方本來就很少，早期采用者通常會攜帶綁在車外的油罐。范圍焦慮并不是什么新鮮事。然而，很少考慮為由內燃機驅動的車輛加油需要多長時間。畢竟，它總是比喂馬和澆水更快。事實上，這可能是擁有汽車的主要吸引力之一;事實上，它需要的考慮要少得多。機械取代了穩定的指針，真正的擁有成本最終會變得顯而易見，但車輪已經轉動。

在這種情況下，轉動車輪不僅僅是一個隱喻，因為最終這就是它的全部意義所在。向電動汽車的轉變意味著這些車輪現在通過電動機而不是往復式發動機轉動，但目標是相同的。然而，有一件事明顯不同，那就是能量的交換方式。使用內燃機，化學能（燃料）轉化為動能（運動），隨后轉化為所有能量，熱量的熵狀態，以換取運動。

對于電動汽車，這個過程還有另一個階段來捕獲未使用的動能。這被稱為再生制動，但它的真正含義是利用車輛的動力來轉動電動機，而不是相反。這會將電機變成發電機，產生的電力被反饋到電池中。這擴展了EV的續航里程，但延長了多少在很大程度上取決于再生階段的效率。

電機/發電機已經過優化，可在電機和發電機模式下實現高效。另一個關鍵階段是逆變器。這是將來自電池的高壓轉換為交流電（AC）以驅動電機的電路。交流波形的幅度和頻率將決定旋轉速度。通常，牽引電機是三相的，因此逆變器需要從直流電池電壓產生三個交流周期。這可以將多達 800 V DC 轉換為大約 180 kW AC，因此此階段的效率對于汽車制造商提供的整體性能和續航里程至關重要。

毫不奇怪，這是大部分設計工作的重點。使逆變器盡可能高效意味著使用損耗最小的組件。直到最近，IGBT還具有導通損耗優勢，但代價是關斷開關損耗明顯更高。由于典型的電機驅動開關頻率相對較低，這是一個很好的折衷方案，特別是考慮到IGBT的低成本。碳化硅（SiC）FET在這一應用領域中一直在穩步取代IGBT，因為它們具有較低的開關損耗和傳導損耗。這有兩個原因。首先，如前所述，由于雙極性電流捕獲電荷，IGBT的關斷速度較慢。另一方面，SiC FET具有快速的導通和關斷開關速度，因為只有電子流動，因此開關損耗較低。更重要的是，在正向導通或反向導通期間，IGBT在其電流路徑中始終有一個PN結，分別來自IGBT本身或其反并聯二極管。由于SiC材料的電阻較低，并且消除了PN結壓降，因此SiC FET在所有電流水平下都具有較低的傳導損耗，但在EV最常運行的低功耗下具有顯著優勢。SiC FET 不需要反并聯二極管，因此沒有正向或反向電流的“拐點”電壓（開關死區時間后）。

工作模式與功率因數 （PF） 相關。如果PF為正，則電路處于逆變器模式，從電池獲取能量以驅動電機。如果PF為負，則電路作為整流器工作，將能量回饋電池。理想情況下，PF盡可能接近+1或-1，以最大限度地提高效率。

更改PF會突出顯示所用FET的損耗。這里的關鍵指標是正向和反向傳導損耗，以及導通和關斷開關損耗。它們加在一起，得到每個FET的總損耗。在逆變器或整流模式下，大部分傳導損耗分別來自正向或反向電流。請注意，正向電流流向漏極至源極（或IGBT的集電極至發射極）。用于電機驅動的IGBT僅在正向方向上導通，因此它需要一個反并聯二極管來反向流動。這意味著導通損耗以及IGBT和二極管加熱因電流方向而異。另一方面，SiC FET以相同的傳導損耗（死區時間后）傳導正向和反向電流，并通過相同的芯片，因此芯片利用率更好，功率密度可以更高。

在逆變器和整流器模式下設計高效率時，要檢查的指標之一是反向恢復電荷以及每個FET的導通開關損耗。例如，如果半橋中的底部FET在上半部分有反向電流流動后導通，則頂部將經歷反向恢復。這會導致一些殘余電流流入半橋的底部FET，從而增加其導通開關損耗。因此，反向恢復電荷是一個關鍵的FET參數。事實上，正是由于SiC器件的反向恢復電荷如此之低，SiC器件代替IGBT通常可提供幾個百分點的效率提升。這轉化為續航里程或車輛成本方面的實際收益。

UnitedSiC已經進行了多項實驗，以比較其SiC FET與這些應用中的IGBT。它還可以共享設計工具，讓工程師能夠快速仿真其零件在不同工作條件下的性能，例如PF、電池電壓、相數和電機輸出功率。

有一件事似乎是肯定的，再生斷裂與最終客戶越來越相關，效率水平值得在設計階段仔細考慮。

審核編輯：郭婷