文：電馳科研技術總監／羅玉林
特斯拉Model 3的逆變器是電動車（EV）電力電子系統中的關鍵元件，它負責將電池的直流電（DC）轉換為驅動馬達所需的交流電（AC）。特斯拉是首先在Model 3車型中集成全碳化矽（SiC）功率模組的汽車製造商。這一成就得益於特斯拉與意法半導體（ST Microelectronics）的合作，如圖1所示。
特斯拉的逆變器由 24 個功率模組組成，這些模組裝配在針翅式散熱器（pin-fin heatsink）上，每個模組包含兩個 SiC MOSFET，採用了創新的晶片粘貼解決方案，並通過銅夾直接連接到端子上，由銅基板進行散熱，如圖2－4所示。
特斯拉Model 3逆變器所採用的SiC MOSFET是利用意法半導體最新的技術設計製造的，這使得其能夠減少導通損耗和開關損耗。針翅式散熱器的設計對於提高散熱效率非常重要。散熱器的針翅設計增加了表面積，從而提高了熱傳遞效率，這對於管理SiC MOSFET在高效能運作時產生的熱量非常重要。
Model 3逆變器的核心是其功率模組，由高效率的半導體器件組成，負責電能的轉換。特斯拉採用的碳化矽（SiC）半導體技術，以其超越傳統矽基器件的電氣特性而領先。SiC器件以其更低的功率損耗、更高的開關頻率和更優的熱性能，顯著提升了逆變器的工作效率，並實現了更為緊湊的設計。
Model 3高效的熱管理對於確保逆變器系統的最優性能和長期穩定性非常重要，特斯拉為Model 3逆變器設計了一套先進的液體冷卻系統，通過管道中循環的冷卻液有效吸收運行過程中產生的熱量。這一主動冷卻機制確保了逆變器的溫度控制，防止過熱，從而維護了逆變器的高效率和可靠性。
以下是Model 3逆變器的一些關鍵特點和技術創新：
- SiC MOSFET技術：Model 3逆變器採用了碳化矽（SiC）MOSFET技術，相比傳統的矽（Si）基器件，SiC MOSFET具有更高的開關頻率、更低的導通損耗和更優異的耐高溫性能。
- 准模組化設計：特斯拉Model 3的逆變器採用了一種稱為准模組化的方法，它結合了傳統模組化設計和分立器件的優點。逆變器由24個集成了功率模組的設備組成，每個模組具有較高的單體功率等級。
- 高效率和性能：通過使用SiC MOSFET和優化的封裝技術，Model 3逆變器實現了高效率和優異的熱性能，這對於提升電動車的續航能力和整體性能非常重要。
- 集成度：Model 3的逆變器設計注重集成度，減少了器件數量和外部連接，簡化了系統複雜性，同時提高了可靠性。
- 成本效益：儘管SiC MOSFET的成本相對較高，但通過減少器件數量和優化設計，特斯拉能夠實現成本效益，同時保持性能優勢。
- 熱管理：逆變器採用了有效的熱管理方案，包括高導熱性能的基板和先進的散熱設計，以確保在高功率工作條件下保持穩定。
- 安全性：Model 3逆變器的設計符合嚴格的安全標準，包括電氣隔離和故障保護，以確保車輛和乘客的安全。
- 創新的封裝：特斯拉與意法半導體（STMicroelectronics）合作，開發了一種新型的封裝解決方案，這種封裝結合了塑膠封裝的低成本和模組化封裝的電氣隔離等優點。
- 緊湊的尺寸：Model 3逆變器的尺寸緊湊，有助於優化車輛的空間利用，並提升整體的封裝效率。
- 軟體和硬體的協同設計：特斯拉的逆變器設計考慮了軟體和硬體的緊密集成，以實現更好的系統控制和性能優化。
特斯拉Model 3的逆變器是電動車技術創新的典範，它展示了如何通過採用先進的半導體材料和封裝技術來提升電動車的性能、效率和可靠性。
