最近小編經(jīng)常聽(tīng)到三電技術(shù)這個(gè)詞，電池、電機(jī)、電控嘛！就算不是這方面的專(zhuān)業(yè)研究者，但講起電池的時(shí)候，小編也能說(shuō)上來(lái)麒麟電池、刀片電池、彈匣電池等技術(shù)；講起電機(jī)，也能說(shuō)上幾句感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)的區(qū)別，也知道扁線(xiàn)電機(jī)、發(fā)卡繞組等技術(shù)。

那么電控呢？怎么感覺(jué)電控技術(shù)很少被提及呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，小編請(qǐng)教了研究院的專(zhuān)家。

專(zhuān)家微微一笑：“電控之所以看起來(lái)隱形了，有四個(gè)原因?！?

1、部分電控技術(shù)，被電機(jī)、電池技術(shù)涵蓋

現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)常用的永磁同步電機(jī)和異步交流電機(jī)，都屬于三相交流電機(jī)。

圖1. 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)種類(lèi)

三相交流電機(jī)與矢量控制算法（Sensorless vector control ）是嚴(yán)格綁定的。也就是說(shuō)，當(dāng)一輛電動(dòng)汽車(chē)說(shuō)自己采用了永磁同步或異步交流電機(jī)的時(shí)候，就默認(rèn)公布了自己采用的電控算法。

2、核心電控算法已經(jīng)成熟，難創(chuàng)新

交流電機(jī)的發(fā)展高峰期在20世紀(jì)60至80年代，主要推動(dòng)力是：

圖2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)展歷程概述

• 算法：空間矢量調(diào)制控制技術(shù)(SVPWM, Space Vector PWM)。

• 信號(hào)硬件：先進(jìn)處理器的發(fā)明使用，承載算法。

• 功率硬件：IGBT的發(fā)明與商業(yè)推廣，執(zhí)行算法。

這三者都屬于電控范疇，但是算法已經(jīng)成熟，幾乎不可能再改進(jìn)；承載算法的信號(hào)硬件早就夠用了，也沒(méi)啥好提的。這就像不發(fā)售新的游戲，Nvidia顯卡也就沒(méi)有用武之地一樣。

功率硬件也就是功率半導(dǎo)體，倒還有進(jìn)步的空間，只不過(guò)大家似乎沒(méi)意識(shí)到這屬于電控。這就涉及到下一個(gè)方面了。

3、提及了，但沒(méi)意識(shí)到這屬于電控技術(shù)

碳化硅(SiC)技術(shù)大家應(yīng)該都有所耳聞，特斯拉、比亞迪的電機(jī)能耗之所以低，就因?yàn)槁氏扔蒙狭薙iC半導(dǎo)體技術(shù)。那SiC MOSFET、IGBT這種看得見(jiàn)、摸得著的硬件，怎么能說(shuō)是電控技術(shù)呢？

無(wú)論是永磁同步電機(jī)（PMSM, Permanent-Magnet Synchronous Motor），還是異步交流電機(jī)（IM, Inductor Motor），要想旋轉(zhuǎn)起來(lái)都離不開(kāi)正弦波的交流電：

• 算法：這個(gè)正弦波的時(shí)刻、周期、相位，就是由SVPWM算法來(lái)決定的，也就是一行行代碼組成的算法。

• 算法 → 信號(hào)：算法轉(zhuǎn)化成信號(hào)，就是依賴(lài)處理器，也就是芯片。

• 信號(hào) → 功率：信號(hào)轉(zhuǎn)化成功率，就是依賴(lài)開(kāi)關(guān)器件，也就是功率半導(dǎo)體器件。

只需要給“開(kāi)關(guān)器件”輸入一個(gè)小功率的控制信號(hào)（例如1毛錢(qián)發(fā)個(gè)短信），它就可以輸出/斷開(kāi)高功率電流——這種以小搏大的開(kāi)關(guān)器件，就是傳說(shuō)中的雙極型晶體管(簡(jiǎn)稱(chēng)BJT，Bipolar Junction Transistor），又稱(chēng)三極管。

可以看到，BJT能以小電流控制大電流、能以1美分杠桿撬動(dòng)100美元，因此又被稱(chēng)為“放大器“。

圖3. BJT工作原理

BJT能完成“開(kāi)關(guān)器件“的基本功能，但它也有開(kāi)關(guān)頻率較慢、開(kāi)關(guān)損耗較高、驅(qū)動(dòng)功耗高等缺點(diǎn)，更重要是：它要撬動(dòng)100塊錢(qián)，至少要花費(fèi)1毛錢(qián)，如果我1毛錢(qián)都不想花呢？ 

那就要把“流控器件”換為“壓控器件”，也就是MOSFET（metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。

圖4. MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖

MOSFET也有三個(gè)極，只需要在Gate極上施壓（施加一個(gè)電壓信號(hào)）不需要花費(fèi)什么，就可以在另外兩極上輸出/斷開(kāi)功率電流。

如此看來(lái)，MOSFET比BJT好得多，但應(yīng)用到汽車(chē)領(lǐng)域有一個(gè)致命問(wèn)題：耐壓較弱、做不了高功率。大體上來(lái)說(shuō)，600V10A就基本到頭了 —— 400V勉強(qiáng)可以用一下，但功率只有6kW，造個(gè)電動(dòng)自行車(chē)還行。

電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用場(chǎng)景太苛刻，MOSFET的小身板扛不住，那咋辦？有兩條思路，一是從外部找?guī)褪?，二是從?nèi)部提高自身屬性，打鐵還需自身硬。

俗話(huà)說(shuō)得好，嚴(yán)以待人，寬以律己 —— 提升自身屬性的路總是很難的，還是先去找找?guī)褪职桑∮谑?，MOSFET找到了剛被它痛打過(guò)的BJT，二者組成了耐壓范圍600-6500V的大功率開(kāi)關(guān)器件，也就是MOSFET + BJT = IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）。

圖5. 功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用領(lǐng)域

BJT、MOSFET、IGBT指的都是半導(dǎo)體“結(jié)構(gòu)”，默認(rèn)都基于Si（硅） “材料”。因此，它們的全稱(chēng)應(yīng)該“材料+結(jié)構(gòu)”的組合，比如Si MOSFET、Si IGBT。只不過(guò)在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，除了Si別無(wú)選擇，所以也就把材料符號(hào)給省略了。

SiC（碳化硅）則是近年來(lái)興起的第三代半導(dǎo)體材料，它是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，可以做到很高的耐壓下芯片還很薄 —— 高耐壓、高功率、高效率、小體積。

圖6. 半導(dǎo)體發(fā)展

材料屬性的提升，意味著用它們制成的半導(dǎo)體器件應(yīng)用范圍更廣：

圖7. Si, SiC, GaN應(yīng)用場(chǎng)景

這也意味著，我們沒(méi)必要用給Si MOSFET找?guī)褪稚?jí)為Si IGBT的方式來(lái)提高能力了，可以按照打鐵還需自身硬的思路，以提升材料屬性的方式升級(jí)為SiC MOSFET就可以了！

所以說(shuō)，從算法→信號(hào)→功率這個(gè)鏈條上來(lái)看，SiC MOSFET與IGBT應(yīng)該歸為電控技術(shù)吧！

4、理解門(mén)檻高，不易傳播

有些電控算法理解門(mén)檻高，不易傳播。例如電控有一個(gè)核心的安全概念：功能安全（Function Safety）。

功能安全這個(gè)概念非常復(fù)雜，難以理解。別說(shuō)講給消費(fèi)者了，就算是工程師，沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)也很難明白。如果你是車(chē)企的市場(chǎng)總監(jiān)，你覺(jué)得重點(diǎn)宣傳電控是一個(gè)好主意嗎？

小編聽(tīng)完之后懂了：并不是電控不重要，只是不太好單獨(dú)宣傳，或者是已經(jīng)被電機(jī)/電池技術(shù)涵蓋了。如果有興趣深入鉆研，才有可能領(lǐng)略電控技術(shù)的精妙！

參考鏈接:

1. https://www.zhihu.com/question/23894327/answer/168299698

2. https://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET

3. http://guba.eastmoney.com/news,688396,925916159.html

4. 寬禁帶半導(dǎo)體行業(yè)深度：SiC與GaN的興起與未來(lái). 中泰證券. 2019年.

5. https://www.infineon.com/cms/en/product/wide-band-gap-semiconductors-sic-gan/

6. https://www.onelectrontech.com/applications-of-wide-band-gap-wbg-devices-in-energy-infrastructure/