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爆發(fā)式增長,碳化硅迎“上車”好時(shí)機(jī)(下)

2022/9/20 17:32:26   電源在線網(wǎng)
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碳化硅作為寬禁帶半導(dǎo)體材料,相對(duì)于SI基器件具備降低電能轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗、更容易小型化、更耐高溫高壓的優(yōu)勢,因此被汽車廠商看中。如今,碳化硅“上車”已成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)難以繞開的話題,而這要?dú)w功于搭載意法半導(dǎo)體碳化硅器件的特斯拉Model3的問世,使諸多半導(dǎo)體企業(yè)在碳化硅上“卷”了起來。

特斯拉率先使用SiC逆變器,直接打開了碳化硅(SiC)在新能源汽車的預(yù)期空間。將硅(Si)基組件替換成碳化硅(SiC)能明顯地提升車輛的續(xù)航能力。根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù),在逆變器中使用SiC器件后,能減小整體的體積、重量和成本,在車輛續(xù)航上也有5-10%的提升。在特斯拉Model 3搭載SiC逆變器后,傳統(tǒng)的汽車功率半導(dǎo)體廠商紛紛跟進(jìn)對(duì)碳化硅(SiC)領(lǐng)域進(jìn)行布局。

此外,根據(jù)法國咨詢公司Yole最新發(fā)布的報(bào)告顯示,2021年全球碳化硅功率器件市場份額約10.9億美元,雖在整體功率器件市場的占比不高,但近幾年增長迅速,預(yù)計(jì)2027年將達(dá)到63億美元,年復(fù)合增長率34%。從2022年的應(yīng)用市場來看,碳化硅半導(dǎo)體67%將應(yīng)用于汽車,26%應(yīng)用于工業(yè),其余用于消費(fèi)和其他領(lǐng)域。其中,新能源汽車是碳化硅功率器件應(yīng)用增長最快的市場。

據(jù)了解,目前已有特斯拉Model 3、比亞迪漢、蔚來ES7/ET7/ET5、小鵬G9、Smart精靈、五菱凱捷混合動(dòng)力版和五菱星辰混動(dòng)版等車型在使用或嘗試采用SiC器件,在逆變器、車載充電機(jī)(OBC)、DC/DC轉(zhuǎn)換器等部件中得到應(yīng)用。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測,2023年-2024年,長續(xù)航里程車型基本都會(huì)導(dǎo)入SiC器件,滲透率或?qū)⑦_(dá)40%。

顯然,在新能源汽車大熱的當(dāng)下,SiC已經(jīng)成為國內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)布局的重點(diǎn),不論是合作開發(fā)還是自主研發(fā),均將SiC推向了技術(shù)浪潮的巔峰。相對(duì)于硅基器件,SiC功率半導(dǎo)體在高工藝、高性能與成本間的平衡,將成為SiC功率器件真正大規(guī)模落地的關(guān)鍵核心點(diǎn)。隨著產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加速和成本的不斷下降,整體產(chǎn)業(yè)也正在步上高速增長的快車道。

本期《變頻器世界》& PCIM Asia電力電子專欄將圍繞碳化硅功率器件在新能源車中的應(yīng)用以及車規(guī)級(jí)碳化硅器件新進(jìn)展的話題,邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)企業(yè)、專家、工程師進(jìn)行廣泛參與討論。


Q4

您認(rèn)為SiC功率器件市場的走向?qū)?huì)如何?市場需求將集中在哪些應(yīng)用場景?

陳子穎

英飛凌科技工業(yè)功率控制事業(yè)部市場總監(jiān) 

電力電子,車規(guī)級(jí)碳化硅

SiC 功率器件市場的走向由其應(yīng)用價(jià)值決定,電動(dòng)汽車中的主驅(qū)采用SiC MOSFET,因?yàn)樘蓟璧男酒叽缧。β拭芏雀撸粨p耗低,效率高,增加電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程。

而燃料電池中的高速空壓機(jī)轉(zhuǎn)速10萬轉(zhuǎn)以上,驅(qū)動(dòng)器的調(diào)制頻率需要50kHz以上,這就需要采用SiC MOSFET。

同樣是采用SiC MOSFET的電機(jī)驅(qū)動(dòng),SiC MOSFET的價(jià)值體現(xiàn)不一樣。

SiC MOSFET有多方面的出色性能,所以在光伏逆變器、UPS、ESS、電動(dòng)汽車充電、燃料電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域都有相應(yīng)靚麗的應(yīng)用。

而英飛凌在功率半導(dǎo)體技術(shù)、產(chǎn)品和應(yīng)用有長期的積累,了解SiC 技術(shù)在這些應(yīng)用中的價(jià)值,為應(yīng)用開發(fā)產(chǎn)品,提供解決方案,在PCIM展會(huì)上我們會(huì)展出最新的SiC 系列產(chǎn)品,各類評(píng)估板和參考設(shè)計(jì),現(xiàn)場交流分享SiC MOSFET設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)和解決方法。


夏超

安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應(yīng)用工程師 

電力電子,車規(guī)級(jí)碳化硅


隨著產(chǎn)能的逐步爬坡,SiC功率器件將會(huì)逐漸從當(dāng)前的高端電動(dòng)汽車標(biāo)配,逐步向中端電動(dòng)汽車拓展,進(jìn)而變成電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車更為高效的運(yùn)行,這一點(diǎn)與中國當(dāng)前的碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)相一致。不僅僅是電動(dòng)汽車領(lǐng)域,隨著SiC功率器件生產(chǎn)成本的進(jìn)一步降低,在新能源發(fā)電、遠(yuǎn)距離高壓輸變電等領(lǐng)域?qū)?huì)有更為廣闊的空間。


Doug Bailey

Power Integrations市場營銷副總裁  

電力電子,車規(guī)級(jí)碳化硅

盡管SiC比GaN更早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,但我們相信SiC將始終是一種比傳統(tǒng)硅或GaN成本更高的技術(shù)。因此,我們預(yù)計(jì)GaN將逐漸滲透到許多傳統(tǒng)硅的應(yīng)用領(lǐng)域,只是因?yàn)樗且环N更佳、更高效的開關(guān)技術(shù)。SiC仍將是適合于更高壓應(yīng)用的解決方案。我們不確定交變電壓點(diǎn)最終會(huì)在哪里,但目前GaN的電壓最高可達(dá)750V。也許它將會(huì)更高。但對(duì)于800V及以上的電壓,目前SiC是首選的解決方案,并可能在一段時(shí)間內(nèi)保持這種狀態(tài)。


王中健

上海功成半導(dǎo)體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān)

電力電子,車規(guī)級(jí)碳化硅

隨著SiC襯底成本的降低及工藝制程的優(yōu)化升級(jí),SiC功率器件的成本和性能會(huì)隨著時(shí)間呈現(xiàn)愈發(fā)提升的趨勢。這也就意味著其相比于硅基器件的優(yōu)勢將繼續(xù)隨時(shí)間增大。由于SiC本身的材料和器件結(jié)構(gòu)限制,其主要的市場化應(yīng)用范圍仍應(yīng)集中于650 V- 3300V電壓,~kHz頻率量級(jí)。在該電壓量級(jí)應(yīng)用范圍內(nèi),根據(jù)主要的兩類市場,SiC器件將呈現(xiàn)兩種不同的技術(shù)優(yōu)化路線:

1)對(duì)于EV/HEV車載充電機(jī)及充電樁而言,在400 V基礎(chǔ)上向800 V電壓平臺(tái)發(fā)展是未來的發(fā)展趨勢。在這一應(yīng)用環(huán)境下,將對(duì)器件的模塊化程度有著新的要求,對(duì)應(yīng)的并聯(lián)均流、長程可靠性等技術(shù)問題也亟待解決;

2)光伏逆變器及服務(wù)器或其他電源應(yīng)用中,當(dāng)前SiC二極管已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模替代,如何將SiC MOSFET大規(guī)模引入該領(lǐng)域仍舊是一個(gè)問題。一個(gè)可能的發(fā)展趨勢是隨著逆變器或電源的功率逐漸增加,SiC IPM隨著技術(shù)迭代提供更強(qiáng)的輸出功率和更低的開關(guān)損耗,性能和應(yīng)用此消彼長才能更方便的打開市場。


何黎

萬國半導(dǎo)體元件(深圳)有限公司Marketing Manager 

電力電子,車規(guī)級(jí)碳化硅

SiC功率器件市場目前還處于早期階段,但是當(dāng)前市場端對(duì)于SiC的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有產(chǎn)能。所以隨著SiC相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步完善和豐富,產(chǎn)能和良率的進(jìn)一步提升,SiC功率器件的市場規(guī)模會(huì)大幅度增長。

目前SiC功率器件應(yīng)用場景主要集中在與新能源車相關(guān)的應(yīng)用,例如電驅(qū)、DC-DC、 OBC,、heat pump,還有配套的超級(jí)充電樁;于此同時(shí),在儲(chǔ)能、光伏逆變、高功率密度電源、電力傳輸?shù)裙I(yè)領(lǐng)域?qū)iC也有大量需求,未來隨著產(chǎn)能的進(jìn)一步釋放,這些工業(yè)領(lǐng)域也將大量采用SiC。


陳鑫磊

泰克科技行業(yè)開發(fā)經(jīng)理

電力電子,車規(guī)級(jí)碳化硅

個(gè)人觀點(diǎn),SiC功率器件因其優(yōu)異的特性必然會(huì)在將來逐步替代傳統(tǒng)硅基 器件的應(yīng)用場景,尤其在那些對(duì)效率,體積,安全等有更高要求的應(yīng)用場景。目前我們接觸的客戶使用SiC比較集中在新能源發(fā)電領(lǐng)域,儲(chǔ)能,新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng),超級(jí)充電樁,醫(yī)療脈沖電源,軌道交通等,隨著技術(shù)的成熟和價(jià)格逐步降低,相信會(huì)有越來越多的應(yīng)用場景會(huì)采用SiC 器件。


Q5

距離SiC規(guī)模化上車的時(shí)間點(diǎn)已經(jīng)越來越近,有越來越多的車企開始推出搭載800V高壓平臺(tái)的車型,而SiC正是適配這種電氣架構(gòu)的不二之選。請(qǐng)問,現(xiàn)階段800V SiC的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程如何?預(yù)計(jì)800V平臺(tái)何時(shí)會(huì)真正落地并大規(guī)模上車?其主要面臨的挑戰(zhàn)是什么?

夏超

安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應(yīng)用工程師 


在電氣性能等方面,SiC MOSFET功率器件要優(yōu)于以IGBT為首的Si基功率器件。電動(dòng)汽車經(jīng)常運(yùn)行在中低速環(huán)境下,而SiC MOSFET在輕載工況下的低損耗性能尤為出色,同等功率等級(jí)下可獲取更為優(yōu)秀的續(xù)航表現(xiàn)。與此同時(shí),SiC功率器件由于其材料特點(diǎn),可運(yùn)行在遠(yuǎn)高于Si功率器件可承受的結(jié)溫環(huán)境下,即高載荷工況下的魯棒性要更好。綜合以上優(yōu)點(diǎn),SiC器件的上車既是順應(yīng)國家碳減排政策的要求,也是能源技術(shù)更新迭代的大勢所趨。


練俊

丹佛斯硅動(dòng)力有限公司大客戶經(jīng)理 

電力電子,車規(guī)級(jí)碳化硅

我們看到整個(gè)SiC產(chǎn)業(yè)鏈都在加速發(fā)展以應(yīng)對(duì)新能源汽車帶來的巨大需求。從我們了解到的國內(nèi)800V SiC平臺(tái)會(huì)在2024-2025年迎來爆發(fā)。而在歐美市場上這個(gè)趨勢我們感覺會(huì)更快。目前面臨的挑戰(zhàn)一方面是成熟SiC產(chǎn)能不足的問題可能會(huì)持續(xù)存在,同時(shí)市場的爆發(fā)也會(huì)帶來很多新品的應(yīng)用,其SiC芯片和模塊的可靠性,尚待市場的最終檢驗(yàn)。


Doug Bailey

Power Integrations市場營銷副總裁  


電動(dòng)汽車已經(jīng)在生產(chǎn)800V母線車型,我們預(yù)計(jì)這一趨勢將繼續(xù)并加速。奧迪、保時(shí)捷、現(xiàn)代和起亞都有800V母線電動(dòng)汽車在售,而Lucid Air采用的是900V母線 - 信息來自《美國汽車新聞》上的一篇報(bào)道。業(yè)界引用了汽車行業(yè)主要供應(yīng)商GKN電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)部門負(fù)責(zé)人Dirk Kesselgruber的觀點(diǎn):“到2025年,進(jìn)入市場的大部分應(yīng)用將是800V。我們認(rèn)為它將成為主流,韓國現(xiàn)代已經(jīng)證明它在價(jià)格上具有競爭力。”

Power Integrations等領(lǐng)先的IC廠商正在提供適用產(chǎn)品,推動(dòng)電動(dòng)汽車市場向更高母線電壓的轉(zhuǎn)變。解決方案早已推出,并且正應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。


王中健

上海功成半導(dǎo)體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān) 


國外大廠有陸續(xù)推出700-900V電壓平臺(tái)的產(chǎn)品,國內(nèi)廠商進(jìn)展相對(duì)較少。800V 平臺(tái)何時(shí)會(huì)真正落地并大規(guī)模上車,隨著SiC產(chǎn)業(yè)成熟,成本降低,近幾年內(nèi)肯定會(huì)發(fā)生。

目前電動(dòng)車的主流電壓平臺(tái)還是在400V水平下運(yùn)行。出于整套系統(tǒng),如連接電池、電機(jī)間的電纜粗細(xì),整車的冷卻系統(tǒng)等方面的性能優(yōu)化,國際上部分電車廠商開始開發(fā)800 V電壓平臺(tái)。該系統(tǒng)最早在保時(shí)捷和奧迪等高端豪華電動(dòng)車車型上嘗試,后來逐漸進(jìn)入到中檔汽車市場,比如比亞迪、現(xiàn)代、起亞等車廠也跟進(jìn)了該領(lǐng)域研發(fā)和樣車制造階段。

對(duì)于800 V電壓平臺(tái)的產(chǎn)業(yè)化預(yù)期,主流觀點(diǎn)認(rèn)為將在2022-2023年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。目前其產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)主要還是集中在上游器件及系統(tǒng)零部件性能升級(jí)上。第一、系統(tǒng)從400 V提升到800 V,需要新增一個(gè)DC-DC升壓部件;第二、原架構(gòu)中的電池系統(tǒng)、電機(jī)及控制系統(tǒng)、DC-DC,OBC電源等電學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要重新考慮散熱、耐壓等技術(shù)參數(shù);第三、采用的原材料及基本元器件,如線纜、繼電器、保險(xiǎn)絲、電容、電阻、電感、半導(dǎo)體整流管和開關(guān)管都需要從650 V提高到1200 V。


陳鑫磊

泰克科技行業(yè)開發(fā)經(jīng)理 


800V 高壓平臺(tái)是新能源汽車領(lǐng)域非常熱門的話題,目前從公開的信息平臺(tái),各大汽車廠商已經(jīng)發(fā)布了其800V 高壓平臺(tái)車型上市計(jì)劃表,未來800V平臺(tái)肯定是大趨勢。基于800V高壓平臺(tái)新能源汽車最大的優(yōu)勢可以很好的解決客戶電動(dòng)汽車?yán)锍探箲]問題,但是對(duì)于汽車廠家來說會(huì)在汽車整個(gè)電氣設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)面臨新的挑戰(zhàn),首先SiC作為一個(gè)核心功率器件勢必成為800V架構(gòu)的首選,關(guān)聯(lián)的還有汽車電池,電控,小三電系統(tǒng),高壓連接件及其他各種元器件。泰克專注與測試領(lǐng)域,客戶在800V架構(gòu),應(yīng)用SiC 器件測試領(lǐng)域面臨最大的挑戰(zhàn),如何安全,高效的應(yīng)用SiC,如何提升整體的效率,如何去除干擾看到真實(shí)可靠的信號(hào)特征,如何解決EMC問題等等。在此,泰克科技可以為您提供針對(duì)性的測試解決方案,讓工程師在設(shè)計(jì)過程中,有高效的測試工具,有針對(duì)性的測試方法,對(duì)設(shè)計(jì)每一步的測試都充滿信息,推動(dòng)SiC技術(shù)在各種應(yīng)用場景的應(yīng)用。


Q6

您認(rèn)為SiC上車有何必要性和重要性?供應(yīng)鏈配套情況如何?國內(nèi)SiC供應(yīng)鏈面臨哪些挑戰(zhàn)?

Doug Bailey

Power Integrations市場營銷副總裁  


電動(dòng)機(jī)的核心是轉(zhuǎn)子,通過產(chǎn)生變化的磁場來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。電壓越高,則電機(jī)的轉(zhuǎn)速更快,體積也更小。這種尺寸的減小不僅可減輕重量,而且還可釋放寶貴的空間并降低材料成本。電壓更高時(shí),可以更少的電流提供相同的功率。如果電壓從400V翻倍至800V,電流則會(huì)減半,從而使電纜更小、更輕,進(jìn)一步縮減重量、空間和成本。因此,800V架構(gòu)可提高功率密度并延長續(xù)航里程。

800V還有助于縮短充電時(shí)間。正如我們之前提到的,在相同功率下,將電壓加倍會(huì)將電流減半。充電的損失之一是通過散熱損失的功率。熱量損失與電流成正比,因此在800V的系統(tǒng)中,由于電流減少,產(chǎn)生的熱量和功率損失也隨之減少。這被稱為增加功率保留,因?yàn)楣β蕮p失減少,就會(huì)有更多的功率進(jìn)入電池,加快充電速度。

SiC比傳統(tǒng)的硅或IGBT的效率高得多,因此SiC MOSFET是電動(dòng)汽車應(yīng)用的首選。


王中健

上海功成半導(dǎo)體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān) 


新能源汽車需要SiC功率器件的必要性和重要性:對(duì)于新能源汽車而言,其重要的發(fā)展方向?yàn)楦斓某潆娝俣纫约案L的續(xù)航里程。因此,這就需要讓新能源車充電性能大幅提升,快速提升電池的充電速率;并且有更高的整車運(yùn)行效率,可以在同等電量下,有更長的續(xù)航里程。同時(shí),新能源汽車電氣架構(gòu)逐漸向800V平臺(tái)升級(jí)。在這些需求下, SiC器件憑借其低導(dǎo)通損耗、高工作頻率、小體積以及高工作電壓等特點(diǎn)逐步開始取代Si器件,廣泛應(yīng)用于主驅(qū)逆變、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(DC/DC)、車載充電系統(tǒng)(OBC)以及非車載充電樁中。400V電壓平臺(tái)下SiC比IGBT由2-4%的效率提升,而在750V電壓平臺(tái)其提升幅度則可以增大到3.2%-8%。

供應(yīng)鏈配套情況:目前全球范圍內(nèi)SiC晶圓制造已得到快速發(fā)展,從襯底到最后的封裝已形成完整的體系。而在國內(nèi)發(fā)展速度相較于國外還是相對(duì)落后,但是正處于迎頭趕上階段,SiC功率器件的供應(yīng)鏈配套從上游的SiC襯底以及外延制造到下游的模塊封裝也形成了自有的完整體系。

供應(yīng)鏈面臨挑戰(zhàn)(1)SiC襯底材料成本較高,相較于Si晶圓成本還是有較大差距,大尺寸(8英寸以上)SiC襯底材料國內(nèi)成熟度不高。(2)SiC晶圓制造設(shè)備大多數(shù)需要從海外進(jìn)口,受疫情影響,目前SiC制造設(shè)備出現(xiàn)供需不平衡現(xiàn)象。(3)目前國內(nèi)的IDM以及代工行業(yè)處于新興階段,主要制程以二極管為主,可以制造MOSFET的屈指可數(shù),且相較于國外大廠技術(shù)有一定代差。多數(shù)國內(nèi)新能源汽車廠家依然缺少SiC芯片現(xiàn)象。(4)目前國內(nèi)相關(guān)代工廠正處于或即將處于量產(chǎn)爬坡階段,產(chǎn)能總體較低,還需要3年左右的全行業(yè)聯(lián)動(dòng)發(fā)展。


Q7

器件的升級(jí)換代會(huì)加速新能源汽車的發(fā)展,同時(shí)隨著當(dāng)前油價(jià)連連高漲,帶來新能源汽車需求爆發(fā)也會(huì)催生和倒逼SiC的發(fā)展。從Si基的IGBT切換到SiC的MOSFET,是否會(huì)因電動(dòng)化的進(jìn)程加快而快速切換?

練俊

丹佛斯硅動(dòng)力有限公司大客戶經(jīng)理 


終端用戶對(duì)充電時(shí)間以及續(xù)航里程的要求已經(jīng)在倒逼SiC MOSFET的發(fā)展。從我們客戶的一些需求以及未來的規(guī)劃,丹佛斯確實(shí)很明顯地感受到SiC的應(yīng)用在800V領(lǐng)域明顯加速。我們有理由相信這是未來的大趨勢。


Doug Bailey

Power Integrations市場營銷副總裁 


Power Integrations認(rèn)為,包括淘汰傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的法規(guī)、石油供應(yīng)的不確定性和價(jià)格上漲以及Power Integrations等IC廠商在WBG(SiC和GaN)技術(shù)方面的持續(xù)發(fā)展等在內(nèi)的諸多因素都將加速向SiC MOSFET的轉(zhuǎn)移,這是不可避免的。


王中健

上海功成半導(dǎo)體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān) 


隨著汽車產(chǎn)業(yè)電動(dòng)化的進(jìn)程加快,肯定會(huì)加速Si 基的IGBT 切換到SiC 的MOSFET。SiC的性能優(yōu)勢(效率、能力、體積)是很明顯的,目前受制于襯底成本、制程能力、產(chǎn)業(yè)鏈成熟度問題,碳化硅器件才沒有大規(guī)模取代IGBT。但隨著電動(dòng)化的進(jìn)程加快,市場擴(kuò)大,產(chǎn)業(yè)上下游的全面升級(jí),可靠性、電路拓?fù)涞榷紩?huì)越發(fā)成熟,在電動(dòng)汽車領(lǐng)域SiC器件逐步取代Si基器件將成為必然趨勢。


Q8

SiC器件的全方位優(yōu)化可滿足新能源汽車應(yīng)用的更高需求。隨著功率半導(dǎo)體的平均結(jié)溫不斷上升,在大量應(yīng)用SiC功率器件的同時(shí),如何通過耐高溫驅(qū)動(dòng)器提供良好配合,就變得異常重要。電機(jī)與電控系統(tǒng)相伴相生,SiC功率組件為其提供支持,實(shí)現(xiàn)電機(jī)與電控系統(tǒng)的完美匹配和全面優(yōu)化。請(qǐng)問,貴司在這方面有怎樣的技術(shù)突破和發(fā)展?

蘇勇錦

羅姆半導(dǎo)體(深圳)有限公司技術(shù)中心高級(jí)經(jīng)理 

電力電子,車規(guī)級(jí)碳化硅

羅姆致力于開發(fā)非常適合驅(qū)動(dòng)SiC元器件的柵極驅(qū)動(dòng)器IC,與SiC元器件結(jié)合使用時(shí),可以更大程度地發(fā)揮出其特性。此外,羅姆還在開發(fā)內(nèi)置SiC產(chǎn)品的IC,例如內(nèi)置SiC MOSFET的AC/DC轉(zhuǎn)換器控制IC。備有1700V SiC MOSFET + AC/DC轉(zhuǎn)換器評(píng)估板供用戶進(jìn)行測試。該評(píng)估板集成了1700V SiC MOSFET和用于驅(qū)動(dòng)的AC/DC轉(zhuǎn)換器控制IC,能夠與大功率工業(yè)設(shè)備中的輔助電源配合使用。

電力電子,車規(guī)級(jí)碳化硅


Doug Bailey

Power Integrations市場營銷副總裁  


我們的公司名Power Integrations恰如其分地表達(dá)了我們的發(fā)展理念:我們將所涉足的幾乎所有市場。我們善于技術(shù)集成,以此我們提供了諸多好處,包括提高效率、減小尺寸、減少BOM元件數(shù)和提高可靠性。

在SiC技術(shù)的應(yīng)用方面,我們著力于以下兩個(gè)方面。

符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)、額定耐壓1700V的InnoSwitch™3-AQ IC產(chǎn)品系列是業(yè)界首款采用碳化硅(SiC)初級(jí)開關(guān)MOSFET的汽車級(jí)開關(guān)電源IC。新IC可提供高達(dá)70W的輸出功率,主要用于600V和800V純電池和燃料電池乘用車,以及電動(dòng)巴士、卡車和各種工業(yè)電源應(yīng)用。高度集成的InnoSwitch IC可將電源的元件數(shù)量減少多達(dá)50%,從而節(jié)省大量電路板空間、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性并緩解元器件采購所面臨的挑戰(zhàn)。

800V電池正在成為電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。多個(gè)車輛系統(tǒng)連接到這個(gè)強(qiáng)大的電源,但精巧的電子控制電路只需要幾伏電壓即可進(jìn)行工作和通信。使用InnoSwitch器件的電路可以使用很小的電路板面積,安全地從主母線上汲取少許能量供控制電路使用,而不會(huì)造成能量的浪費(fèi)。最值得一提的是,新器件還可以大幅簡化主牽引逆變器的應(yīng)急電源的設(shè)計(jì)。應(yīng)急電源需要隨時(shí)準(zhǔn)備著在30V和1000V之間的任何電壓下工作。我們基于SiC的InnoSwitch3-AQ器件可以輕松應(yīng)對(duì)如此廣泛的工作電壓范圍。

新IC采用緊湊的InSOP™-24D封裝,使用FluxLink™反饋鏈路,可以為次級(jí)側(cè)控制提供高達(dá)5000伏有效值電壓的加強(qiáng)絕緣。FluxLink技術(shù)可直接檢測輸出電壓,其優(yōu)勢在于可提供高精度的控制以及極其快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。在無需借助外部電路的情況下,電源在30V輸入電壓下即可工作,這對(duì)滿足功能安全的要求至關(guān)重要。其他保護(hù)功能包括輸入欠壓保護(hù)、輸出過壓保護(hù)和過流限制。新器件內(nèi)部還集成同步整流和準(zhǔn)諧振(QR)/CCM反激式控制器,可實(shí)現(xiàn)90%以上的效率,輕松滿足最嚴(yán)格的OEM廠商要求。采用此方案的電源空載功耗可低于15mW,可以降低電池管理系統(tǒng)當(dāng)中電池的自放電。

另一方面表現(xiàn)在工業(yè)、牽引和可再生能源應(yīng)用領(lǐng)域。Power Integrations還提供基于SCALE™-2技術(shù)的高度集成的SiC門極驅(qū)動(dòng)器。有多種規(guī)格的器件可供選擇,以精確匹配行業(yè)領(lǐng)先供應(yīng)商的先進(jìn)模塊的要求。Power Integrations的SiC門極驅(qū)動(dòng)器集成了復(fù)雜的高級(jí)鉗位短路保護(hù)電路和無需光耦器的絕緣功能。這些器件能夠?qū)崿F(xiàn)模塊的高精度并聯(lián),在某些情況下能夠消除多達(dá)六分之一的模塊。


結(jié)語

碳化硅材料性能上限高,與新能源車高度適配。而新能源汽車市場日益火爆,需求釋放推動(dòng)碳化硅市場快速增長,產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)紛紛對(duì)此展開布局。當(dāng)前,全球多個(gè)國家和地區(qū)對(duì)碳化硅的發(fā)展都有比較明確的產(chǎn)業(yè)政策,企業(yè)間的競爭也不斷加速。

自去年以來,SiC上車的步伐明顯加快了不少,現(xiàn)如今采用SiC技術(shù)的汽車品牌已比比皆是,對(duì)于正在不斷孵化成熟并逐步茁壯成長的SiC產(chǎn)業(yè)來說,前方道路又明朗了許多,雖然從“量”上來看,Si技術(shù)仍是主流,但SiC已是大勢所趨,至少品牌廠和供應(yīng)鏈不遺余力的推動(dòng)已初顯成效。

碳化硅的春天,終于來了!正所謂“天時(shí),地利,人和”,我們相信在政策、資本助力,企業(yè)持續(xù)發(fā)力下,碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展蔚然成風(fēng)。

PCIM Asia 2022 砥礪前行二十載

電能驅(qū)動(dòng)新未來

為全球電力電子頂尖展會(huì)PCIM Europe的姐妹展,PCIM Asia上海國際電力元件、可再生能源管理展覽會(huì)是一場在亞洲領(lǐng)先的電力電子國際展覽會(huì)及研討會(huì)。PCIM Asia 作為一個(gè)涵蓋組件、驅(qū)動(dòng)控制、散熱管理及終端智能系統(tǒng)的全方位展示平臺(tái),向業(yè)界人士呈現(xiàn)一條完整的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈。來自工業(yè)電子、汽車電子、超大功率應(yīng)用、智能家居、可再生能源管理等領(lǐng)域的買家齊聚一堂,參與這場年度電力電子盛會(huì)!


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