拆解现代汽车的逆变器：神秘SiC芯片撑起了800V系统

现在，新能源汽车基本都开始配备SiC（碳化硅）了。不过，每天都说SiC，很少有人看过它在系统中是如何应用的。2022年，外网针对现代IONIQ 5的拆解非常火爆，毕竟这是一辆800V系统汽车，同时在当时应用了很先进的SiC产品，今天我们就来从几个热门拆解视频里的一些镜头，看看其内部的细节。

本期拆解对象为现代旗下的IONIQ 5逆变器，这块产品围绕英飞凌的HybridPACK 驱动模块（FS05MR12A6MA1B）进行搭建。本次拆解主要包括以下几个方面：逆变器外观规格、逆变器设计、功率半导体与电容器、逆变器的冷却与绝缘、控制与连接、电流传感器与电机连接。

首先，简要介绍一下现代IONIQ 5逆变器的构成，分为前置逆变器和后置逆变器：逆变器位于前后EDM的上方，通过接线盒与电池相连。四驱版Ioniq 5的前置EDM（辅助驱动轮）最大输出功率为74kW，后置EDM（主驱动轮）最大输出功率为165kW，前后功率模块的类型和形状有所不同。前置逆变器使用三个半桥IGBT功率模块，后置逆变器使用一个6合1型SiC MOSFET功率模块。功率模块采用水冷式，前置逆变器的铝制冷却通道沿功率模块两侧延伸，后置逆变器功率模块（英飞凌制造 1200V 200A）采用直冷式，功率模块上集成镀铜镍“PinFin”散热器，安装在冷却液储液罐内。

我们拆解的这款产品是后置逆变器，这款逆变器外形小巧且薄，正面和背面各配备一块板子。              

参数方面，IONIQ 5电池电压高压为653V、低压为523V，电机规格为160kW，在最低电压时，电动马达的功率有所下降。这一设计考虑了400V到800V的升压电路设计。          

把红色帽子拔掉，这两个口用于和冷却水的出入。（一个入口，一个出口）在水冷上面，是英飞凌的功率半导体。

直流继电器采用的是松下的产品（AEVA1251）。参数方面（均为20°C下数据），12V直流额定电压，触点容量250A，设定电压最大9V DC，复位电压最小0.5V DC，线圈电阻24Ω，额定工作功率6W，寿命140A20 V DC最少70000次操作。              

电流传感器为三个霍尔传感器，通过这些传感器实时监测电流并控制逆变器的工作状态。          

拥有四个母线段子，右边三个端子分别是电机的U、V、W三相，左边的端子与母排连接，并通过继电器，连接到第一个输入端，这一点与普通的逆变器不太一样

逆变器的输出端子与电机的UVW结构相连接，用于驱动电动机。          

绝缘部分采用了绝缘纸，虽然叫“纸”，但其实它是一种多层树脂，绝缘效果非常好，自古以来，它就经常用于开关电源的初级侧。根据网友的说法，可能是杜邦纸，成本低，性能好。从显微镜下看这层纸的结构，非常神奇，怪不得拥有如此不错的性能表现。

整个模块中，拥有4个电容，最左第一个电容是用来充电的电容，第二、第三个小电容是用于抑制共模噪声的Y型电容，连接到框架GND，右边一个大电容是用于SiC MOSFET模块的平滑和缓冲电容。

在薄膜电容器的下侧有三条线连接着放电电阻，可以看到不同电位的电容被这个电阻放电。顺便提一下，如果你观察一下背面，贴着一层铜箔，可以提高散热效率。

在薄膜电容器上方是功率部分，采用了SiC MOSFET模块。SiC技术能够在高温和高电压环境下工作，并且具有较低的开关损耗，从而提高了逆变器的整体效率。此外，逆变器使用了薄膜电容器和胶片捕捉技术，这些部件对逆变器的稳定性和性能至关重要。

在上面的板子是栅极驱动。

在栅极驱动下面，是功率半导体模块，是英飞凌的6合1的SiC MOSFET（型号：FS05MR12A6MA1B），规格为1200V，200A，模块的背面是散热片。

使用了SiC（碳化硅）MOSFET模块。SiC技术为逆变器提供了更低的损耗和更高的效率，这使得逆变器可以做得更小，适应更高的工作电压。

值得注意得是，在其上覆盖着透明的灌封凝胶，防止冷凝。其中排布的一个个小的，便是SiC芯片，这样数一数大概用了24颗SiC芯片。

在背面，模块设置了水冷散热片，英飞凌会提供标准的散热片给客户，使得客户的逆变器设计尽量简单。

英飞凌的HybridPACK驱动模块（FS05MR12A6MA1B）于2021年5月推出，现代汽车属于比较早应用该产品的公司。当然，目前，HybridPACK已经推出到了第二代，我们后续会选择拆解一些更新产品的逆变器。

该全桥模块采用CoolSiC沟槽MOSFET技术，适用于高功率密度和高性能应用，从而为具有超长续航和较低电池成本的车辆逆变器提供更高的效率，特别是搭载800 V电池系统和更大电池容量的车辆。

从英飞凌Datasheet中，我们看出，FS05MR12A6MA1B HybridPACK Drive模块为1200V，200A，Rdson最大7.35mΩ（典型值25°C为5.5mΩ，125°C为8mΩ，150°C为9.1mΩ），栅极阈值电压为3.25～5.55（典型值4.5），输入电容21.3nF，隔离测试电压为4.2kV，模块底板材料为Cu+Ni，内部隔离为Si3N4（基本绝缘1级IEC61140），蠕变距离（终端到散热器，终端到终端）9.0mm，间隙（终端到终端，终端到散热器）为4.5mm，CTI大于200。

IONIQ 5的800V高压架构如下图所示，基本上是一步到位，所有高压器件都升级至800V。其中前驱采用了当前主流的三合一驱动单元，功率为75kW；后驱采用了五合一，功率为155kW，所谓的六合一是将ICCU（充电控制单元）、OBD、DC/DC、DCU、永磁同步电机、差减集成至一起。

其驱动电机的定子采用的是Hair-Pin扁线结构，电机控制器的功率器件采用的是SiC，这样一来最高转速和系统效率都有一定的提升。为了兼容当前的400V的充电桩，后驱单元中设计有将400V转换为800V，这样也扩大快充的应用场景。

在逆变器的背面，还有一块板子，这块板子是逆变器的控制板。逆变器的控制板负责控制逆变器的运作，特别是栅极驱动电路的管理。控制板和栅极驱动板通过金属涂层扁平电缆连接，金属涂层主要应对EMC，有助于提高电气连接的稳定性。

这样来看，这个逆变器的整体结构非常简单。这款逆变器使用了SiC MOSFET模块，并结合薄膜电容器和纸质绝缘材料，确保了高效的散热与低损耗。其紧凑的设计和高电压耐受能力使其非常适用于高效能电动驱动系统。