致瞻科技碳化硅控制器EMC“硬科技”

致瞻科技(上海)有限公司(下称“致瞻科技”)作为碳化硅先进电能转化系统的创新者,近年来在燃料电池系统关键部件领域取得快速成长。尤其在电磁兼容(即EMC)方面,致瞻科技碳化硅控制器率先突破了行业技术壁垒,通过IECCISPR25Class3高等级电磁兼容认证,且支持客户“盲抽盲测”、“即插即测”。

碳化硅器件的各方面性能表现卓越,它比传统硅基器件具有更快的电压和电流变化率,也因此面临非常严重的电磁干扰问题,如图1所示。由于EMC技术难度大,是一个复杂的系统工程,目前行业内鲜有EMC表现出色的产品。致瞻科技车载碳化硅控制器能够通过高等级认证,体现了技术的突破性和领先性。

图1硅基器件和碳化硅基器件的开关波形频谱

电磁兼容的技术挑战

车载电子电器设备应形成一个共存、互不干扰的电磁兼容环境,严重的电磁干扰会导致汽车电子部件的失灵,威胁行驶安全。

以碳化硅为代表的第三代功率半导体技术的崛起,使功率半导体控制装置获得更高的开关频率、更高的效率和更小的体积,这有助于燃料电池的高压辅助系统提升功率密度和集成度。但相比于传统硅器件,碳化硅会产生更强大的电磁干扰。

为了做好电磁兼容,燃料电池产业链企业付出了巨大努力,但当前能够通过高等级EMC认证的产品并不多。即便通过了标准认证,在批量生产时又因器件参数差异和工艺偏差,造成电磁兼容水平不稳定,甚至不达标,装车后存在电磁安全隐患。因此电磁兼容问题日益成为燃料电池汽车的痛点。

在此形势下,致瞻科技遇到了前所未有的挑战。“头部企业找到我们的时候,常常会问三个问题:一、产品能够满足高等级电磁兼容标准吗?二、客户能做到‘盲抽盲测’吗?三、碳化硅控制器电磁兼容技术难度大,你们怎么做到的?”致瞻科技首席工程师刘昌金博士回忆道。

碳化硅控制器电磁兼容“硬科技”

面对一系列质疑,致瞻科技从容应对。刘昌金博士解释道,车载碳化硅控制器的电磁兼容是个难啃的硬骨头,相比工业和家电领域,汽车零部件EMC标准中增加了传导发射电流法和150kHz~30MHz杆天线辐射发射,这两项通常是汽车产品EMC认证的难点。

电流法需要检测高压线束屏蔽层中的电流,这就要求控制器在完成功率转换任务的同时,还要将线束及其屏蔽层内的共模电流控制在极低的水平。这就像在图书馆中射击,既要用火力有效摧毁目标完成任务,又不能发出声音干扰别人。碳化硅器件形成了更大的瞬变能量,无疑将EMC难度推高了一个数量级。

图2致瞻科技多合一碳化硅控制器IPF的分析模型

刘昌金博士透露,致瞻科技采用PrimEMCTM电磁兼容正向设计技术,在产品设计之初,对干扰源、传输路径和敏感设备进行精细建模、扫描和分析,构建电磁干扰的系统级频域模型,如图2所示。在此基础上,我们将源头降噪、干扰路径阻断、驱动优化、自适应PWM算法、结构优化降低磁场耦合等措施有机融合,形成了电磁兼容系统级优化策略。

图3致瞻科技高等级EMC实验室

刘昌金博士进一步补充道,为更好的验证理论分析和设计的正确性,公司建立了高规格的EMC实验室,如图3。在先进试验手段的帮助下,产品的实验结果与理论分析相互验证,在理论引导下进行快速试验迭代,达到预期结果,实现了正向开发。

图4致瞻科技SiCTeXTM产品

图5碳化硅控制器传导发射电流法实测频谱(满功率运行)

致瞻科技SiCTeXTM全碳化硅控制器产品(如图4所示),在包括传导发射电流法和杆天线辐射发射在内的所有EMC测试项目中均在满功率工况下了通过IECCISPR25Class3高等级电磁兼容认证,且具有充足的裕量(如图5所示)。CISPR25是IEC(国际电工委员会)制定的汽车领域EMC标准,目前该标准已经在众多汽车制造商和车载设备制造商中得到广泛应用,检测认证具备权威性。

碳化硅先进电能转换系统创新者

能够突破行业关键技术难点,致瞻科技团队实力不一般。高工氢电获悉,致瞻科技拥有一支高人才密度的研发团队,硕博占比超80%,核心研发成员来自世界500强中央研究院,毕业于清华、浙大、南航、华科等著名高校,大多拥有海外留学或工作经历。

据致瞻科技创始人史经奎博士介绍,公司凭借团队在碳化硅领域10多年的积累,推出了ZiPACKTM高性能碳化硅模块和SiCTeXTM碳化硅先进电能转换系统,不仅应用于包括燃料电池汽车在内的新能源汽车领域,还广泛应用于高速透平机械、石油天然气、分布式能源和航空、船舶、矿用机械等特种电力推进领域。

图6致瞻科技第三代半导体先进电能转换实验室

为满足快速增长的客户需求,今年8月1日,致瞻科技第二期研发及生产中心在上海浦江漕河泾产业园落成并投入使用。公司建立了涵盖第三代功率半导体器件级、模组级和系统级的研发测试能力,建立健全了第三代半导体器件与先进电能转换系统的研发工具链。同时,致瞻科技在江苏南京建立了研发中心,进一步强化专业研发实力。

史经奎博士表示:“未来致瞻科技将继续释放创新潜力,为行业和客户带来新的可能。


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