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汽车SiC功率半导体已势在必行

时间:2020-10-16 22:49 来源:发表吧作者:发表吧点击: 次

SiC 是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一，令其成为新能源汽车的理想选择。与传统解决方案相比，基于SiC的解决方案使系统效率更高、重量更轻，且结构更紧凑。

在电动汽车中，SiC功率半导体主要用于驱动和控制电机的逆变器、车载充电器和快速充电桩。对于逆变器而言，800V高压运行架构下的SiC功率半导体比传统硅器件的整体系统效率高8%。SiC功率半导体也使得散热系统设计更简单，机电结构的空间更小。对于车载充电和快速充电桩，SiC功率半导体与传统硅器件相比，在充电过程中减少了能量损失，也减少了所需的电容和电感的数量。

SiC比硅更薄、更轻、更小巧，市场应用领域偏向1000V以上的中高压范围。车用半导体中，SiC是未来趋势，目前，xEV车中的主驱逆变器仍以IGBT+硅FRD为主，考虑到未来电动车需要更长的行驶里程、更短的充电时间和更高的电池容量，SiC基MOSFET将是大势所趋。SiC有望提高3%-5%的逆变器效率，从而降低电池成本。

SiC行业龙头Cree预计到2022年，SiC在电动车用市场空间将快速增长到24亿美元，是2017年车用SiC整体收入（700万美元）的342倍。

目前来看，车用功率半导体器件中，仍以硅基IGBT为主，而SiC基MOSFET代表着未来，因为它性能更强，但目前推广的最大障碍就是高成本。然而，随着整车动力电池包越来越大、电机最大功率/峰值扭矩越来越高，SiC基MOSFET的优势就越显著。

要想充分发挥MOSFET的优势，就需要控制承压层深度和掺杂浓度等技术参数，以获得更高的工作电压、最大功率和综合效率。目前，SiC基MOSFET系统的综合效率（以逆变器效率计算）约为98%，在应用层面，SiC基MOSFET相比于硅基IGBT具有本征优势。

SiC 应用到电动汽车的逆变器、OBC、DC/DC时，更低的阻抗可带来更小的尺寸，更高的工作频率可以有效降低电感、电容等元器件的尺寸，且更耐高温，可以减小冷却系统的尺寸，最终带来的是系统级的体积缩小和成本的降低。

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