应用案例
新能源工程机械经济效益优势非常明显。早期在成本上，电池占成本比例高于50%，随着电池产业的完善，锂电池组价格快速下降，因此总成本会明显下降。
一：全球节能减排需求，国家实现双碳目标，随着三电技术的成熟与有关新材料的性能不断提高，电动化就成为工程机械绿色发展的主要方向，各地按国家有关规定对机械行业的提供政策支持，提出了节能环保类电气化取代高排放的工程机械，提高工程机械产品绿色制造能力。
二：当前我国的工程机械主要有以下六大类：
据有关数据统计2021年我国工程机械合计销售167万台，同比增加8.8%，其中叉车销售量高达109.94万辆，同比增长37.38%，我国工程机械到2022年末，其市场保有量超过1100万辆。
三：新能源机械增量空间及替换空间巨大，按工信部计划在2025年国内工程机械电气化占有率超过20%，该目标在2022年6月已经到21.6%以上。从产品看目前电动叉车渗透率已经高达60%以上。
SIC MOSFET或是SIC半桥模块应用在电驱上，当前技术方案是不同的电机功率使用3个半桥6只为基准，功率越大使用更多SIC MOSFET并联来满足其输出功率需求，采用SIC 半导体可以提高频率到400KHZ以上，电机转速可以达到20000RPM,其功率密度可以做到32.25KW/L比采用SI IGBT减少一半的体积。
| 应用电路 | 产品类型 | TO247-3L | TO247-4L | TO263-7L | VDSmax(V) | Current (A) | Ron typ (mΩ) | Ron max (mΩ) | Vth (V) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 电动驱动 | SiC Mosfet | ADW120N040 | ADQ120N040 | 1200 | 76 | 35 | 40 | 3.2 | |
| SiC Mosfet | ADW120N040L | ADQ120N040L | 1200 | 76 | 35 | 40 | 2.5 | ||
| SiC Mosfet | ADQ120N080A | 1200 | 35 | 80 | 130 | 3.7 | |||
| SiC Mosfet | ADW120N080 | ADQ120N080 | ADG120N080 | 1200 | 38 | 80 | 100 | 3.5 | |
| SiC Mosfet | ADW120N100 | ADQ120N100 | 1200 | 26 | 100 | 120 | 3.2 | ||
| SiC Mosfet | ADW120N080G2 | ADQ120N080G2 | ADG120N080G2 | 1200 | 35 | 80 | 100 | 2.8 | |
| SiC Mosfet | ADW120N040G2 | ADQ120N040G2 | 1200 | 68 | 40 | 45 | 2.7 | ||
| SiC Mosfet | ADW170N100 | ADQ170N100 | 1700 | 29 | 100 | 130 | 2.7 | ||
| SiC Mosfet | ADQ170N055 | 1700 | 40 | 55 | 70 | 2.7 | |||
| SiC Mosfet | ADQ190N065 | 1900 | 35 | 65 | 80 | 2.7 |
| 应用电路 | 产品类型 | 型号 | VDSmax(V) | ID nom(A) | ID pulse (A) | QG |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 电动驱动 | SiC Mosfet 模块 | ADK120N015 | 1200 | 200 | 400 | 520 |
| 电动驱动 | SiC Mosfet 模块 | AI3F02R12HPD | 1200 | 400 | 800 | 1350 |
由于电气化的工程机械必须要使用电池，电池组有使用寿命与单次供电时间，因此与目前新能源车一样，任何工程机械是电气化的产品都需要配套有独立充电桩或是与电驱合一的充电机，随着技术的进步与更大功率等的需求，现在很多工程机械与新能源车一样都在往更高电池电压的平台方案设计，发展。因此其充电机也会使用这种800V及以上的平台，这种充电器就需要耐压1200V 的SIC MOS来设计可以获得更高的效率，更小的产品尺寸，以及更高性价比的充电机。安海半导体是一家专注于SIC 功率半导体设计，生产的企业，其SIC 功率半导体广泛应用在各种新能源汽车电驱与充电机等。
| 应用电路 | SJMOS产品名 | 封装 | VDS | lD | RDS(on) @10V max | Vth @typ | Ciss | Qg |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (V) | [A] | (mohm) | (V) | (pF) | (nC) | |||
| PFC / DC-DC | ASW65R041EFDA | TO-247-3L | 650 | 80 | 41 | 4.0 | 7356 | 290.6 |
| ASW65R038EFD | TO-247-3L | 650 | 80 | 38 | 4.0 | 7356 | 290.6 | |
| ASW65R031EFD | TO-247-3L | 650 | 89 | 31 | 3.5 | 8031 | 150.9 | |
| ASW65R029EFD | TO-247-3L | 600 | 90 | 29 | 3.5 | 8001 | 150.9 |
| 应用电路 | IGBT产品名 | 封装 | Vces | lc@100°C | VGE(th) @typ | VCE(Sat)@25°C Typ | 推荐应用频率 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (V) | [A] | (V) | (V) | (Hz) | |||
| PFC / DC-DC | AGW60N65 | TO-247-3L | 650 | 60 | 5.45 | 1.4 | 20K~50K |
| AGW75N65 | TO-247-3L | 650 | 75 | 5.6 | 1.3 | 20K~50K |
| 应用电路 | 产品类型 | TO247-3L | TO247-4L | TO263-7L | VDSmax(V) | Current (A) | Ron typ (mΩ) | Ron max (mΩ) | Vth (V) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 电动驱动 | SiC Mosfet | ADW120N040 | ADQ120N040 | 1200 | 76 | 35 | 40 | 3.2 | |
| SiC Mosfet | ADW120N040L | ADQ120N040L | 1200 | 76 | 35 | 40 | 2.5 | ||
| SiC Mosfet | ADQ120N080A | 1200 | 35 | 80 | 130 | 3.7 | |||
| SiC Mosfet | ADW120N080 | ADQ120N080 | ADG120N080 | 1200 | 38 | 80 | 100 | 3.5 | |
| SiC Mosfet | ADW120N100 | ADQ120N100 | 1200 | 26 | 100 | 120 | 3.2 | ||
| SiC Mosfet | ADW120N080G2 | ADQ120N080G2 | ADG120N080G2 | 1200 | 35 | 80 | 100 | 2.8 | |
| SiC Mosfet | ADW120N040G2 | ADQ120N040G2 | 1200 | 68 | 40 | 45 | 2.7 | ||
| SiC Mosfet | ADW170N100 | ADQ170N100 | 1700 | 29 | 100 | 130 | 2.7 | ||
| SiC Mosfet | ADQ170N055 | 1700 | 40 | 55 | 70 | 2.7 | |||
| SiC Mosfet | ADQ190N065 | 1900 | 35 | 65 | 80 | 2.7 |
1. 使用100%国产原材料
2. 使用性能更好的安海国产碳化硅器件 , 峰值电效率最高99.5% . 更低发热 , 更好的耐高温性能 , 更强的抗冲击能力 .
3. 自研全部源代码 , 100%自编算法源代码 , 无算法封装库.
4. 更好的EMC兼容电路 , 控制电路,通信模块 , 全部隔离 .关键信号全部使用差分走线 , 严格控制地线回路 , 电流传感器使用精度更高的闭环传感器 , 电流信号使用50/100mA , 避免干扰.
5. 自研功率器件预驱电路 , 实现功率器件栅极恒流恒压预驱 , 可自适应功率器件参数差异 , 开关更快并且不带来额外的功率器件栅极损坏几率.
6. 自研功率器件过饱和检测电路 , 监测电压5mv精度 , 动作时间小于2us , 可排除误动作 , 不动作 ,区别于常规的300mV检测精度.
7. 无编码器模式时使用全自编程拓展卡尔曼观测器(详情见后页).
8. 输出电压快速跟随功能,母线电压采样优于10us,可快速跟随母线电压波动,可根本解决母线电压纹波带来的运转不稳定因素.
9. 更快的电流自适应闭环,us级别软件电流闭环运算时间 , 运行电流更加稳定 , 电流纹波优于2% , 运行噪音降低了20-30%,
10. 可研发自适应载波频率,可减少功率器件开关损耗,降低整体发热10-15%.
11. 开机更加精确完整自检电路 , 提供更加详细的自检报告 .
12. 更强的鲁棒性 , 可承受180%长时间过载 , 可自编程过载保护阈值与时间 .
13. 更加精准的保护措施,
a)软件过流保护最快时间小于5us,小于功率器件承受短路时间8us.
b)更快的硬件电流保护电路,时间小于2us,保护电流小于功率器件可承受的90%,保障在极限情况下不损坏功率器件.
c)独立过压检测 , 提供更快的过电压保护 , 动作时间优于2us , 避免过压损坏 .
d)多点温度采集闭环,保障无过温损坏.
无编码器模式时使用拓展卡尔曼观测器,扩展卡尔曼滤波观测器不常见于普通变频产品，据信其适用于高性能伺服系统。此观测器以最小方差估计为基础、通过递推方法，实现系统自适应控制。
如图所示，开环启动阶段在第七个电周期切入闭环，第二个电周期时的角度偏差也是60°左右。
a:无需高频注入,启动转矩最高可达额定的2.5倍.
b:启动电流稳定,零速启动电流利用效率98%以上,无明显反转.
c:自适应迭代,适应15%以上的电机参数差异变化.
d:运转稳定,对比其他观测器,在极限工况下,角度精准度优于20%.
e:可调整系统偏差,基于方差估算,可适应电机极限, 性能基本与有感无差异
图示是转速1000RPM时运行波形，正常表现。闭环最低转速：0.4%最高转速。闭环运行转速相对于其他观测器可以说非常低 , 避免高频注入带来的噪音和参数差异不稳定问题 . 空载在这个速度下，电流小到已经到了电路采样能力的极限了。
拓展卡尔曼观测器除了其算法较为复杂的缺点外，其还具有参数调整复杂、需要调整的参数较多等缺点。定点运算的单片机很难提供其算法所需要的精度和速度。
我们通过使用高性能浮点M4内核的MCU,优化算法,已经有大量的电机调试经验,普通电机调试参数周期一般在3小时以内.
最高输入电压: DC 800V 最大输出电流: AC 300A 最大运行功率：200KW
优点
100%全国产器件。
自研恒流恒压预驱动电路，保证更陡开关斜率，且不损坏功率器件，降低开关损耗，提高功率器件效率。
使用国产安海半导体碳化硅器件，更小发热，最高电效率可达99.5%。
自研功率器件过饱和检测电路 , 监测电压5mv精度 , 动作时间小于2us , 可排除误动作 , 不动作 ,区别于常规的300mV检测精度.
更快的硬件电流保护电路,时间小于2us,保护电流小于功率器件可承受的90%,保障在极限情况下不损坏功率器件。
独立过压检测 , 提供更快的过电压保护 , 动作时间优于2us , 避免过压损坏 。
更佳小巧的封装，便于嵌入到电驱内部。
通用XHB2.54接口。
更低待机功耗，待机最小功耗20mA。
独立模块封装，便于维护更换
全隔离信号，隔离电压优于2KV。
可定制模块参数，可配合调整参数。
•全国产化器件替换• 自研无感FOC算法，可外接编码器运行有感• 使用碳化硅器件，更小发热，最高电效率99.5%• 车规标准，体积小巧，耐高温，最高工作温度125℃• 启动转矩大，最高2.5倍额定转矩启动。• 工作电压范围广，自适应供电电压波动• 抗负载冲击能力强，100%负载冲击，可快速恢复额定工况。• 加速时间短，全负载情况下最快2秒到额定工况• 缺相、短路、过载、过温、欠压、过压等完善自检保护功能• 可定制CAN通讯，最高500K通讯频率，可定制自定义通信协议• 使用无感薄膜电容，电容损耗更低，EMC性能更佳• 自带辅助电源，无需外部输入辅助电源• 自带一路继电器输出功能• 两路模拟量输入接口• 自带遥控接口，可外接PPM遥控信号输入• 可外接键盘数码管显示• 重量最小1.8Kg
•载人飞行器 •水下推进器 •制冷压缩机 •工程机械 •新能源汽车循环水泵 •环卫清洗车 •水上滑板 •废弃物处理设备 •工业水泵 •工业风机 •高压清洗泵 •恒压水泵 •恒压油泵
