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行业互联网|第三代半导体SiC功率器件加速新能源汽车产品升级


【行业互联网|第三代半导体SiC功率器件加速新能源汽车产品升级】
行业互联网|第三代半导体SiC功率器件加速新能源汽车产品升级
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作为第三代半导体材料之一 ， 碳化硅(SiC)具有耐高压、耐高温、能量损耗低而耐高频运行的特点 ， 因此使用SiC功率器件可以大幅降低终端用户成本支出 。 现阶段 ， 各厂商都对新一代SiC功率器件寄予厚望 ， 期待实现功率模块的小型化 。
近日 ， SiC功率半导体模块及应用解决方案提供商忱芯科技(UniSiC)宣布完成数千万元人民币天使轮融资 ， 融资资金将用于产品研发、量产等方面 。 目前 ， SiC功率器件主要用于车载设备 。 随着新能源汽车行业的蓬勃发展 ， SiC功率器件将在其中扮演越来越重要的角色 ， 有望为新能源汽车行业带来新的变革 。
SiC功率器件大幅提升能源转换效率
近年来 ， 功率器件逐渐成为众人瞩目的“焦点” 。 比亚迪功率器件产品总监杨钦耀告诉《中国电子报》采访人员 ， 功率器件是电力电子的“CPU” ， 是特高压电网、高速列车、新能源汽车充电桩及工业变频器和伺服器的核心芯片 ， 也是各系统电源模块的关键器件 ， 起到变频、变流和变压作用 。
SiC功率器件作为一种新型功率器件 ， 在新能源汽车的应用中具有极大优势 。 据悉 ， SiC材料具有耐高压、耐高温、高效率、高频率、抗辐射等优异的物理和化学特性 ， 能够极大地提升现有能源的转换效率 。 新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括三大部分：电机驱动器、车载充电器(OBC)/非车载充电桩和电源转换系统(车载DC/DC) ， SiC功率器件凭借其独有的优势在其中发挥着重要的作用 。
在电机驱动领域 ， 使用SiC器件可提升控制器效率、功率密度以及开关频率 ， 通过降低开关损耗和简化电路的热处理系统来降低成本、重量、大小及功率逆变器的复杂性 。 有关资料显示 ， 在电机驱动器中采用SiC器件可明显降低损耗 。 具体来说 ， 当使用SiC器件时 ， SiC BJT构成的逆变器损耗降低了53%;当频率升高时 ， 损耗还会进一步降低 。 据了解 ， 开关频率为15kHz时 ， SiCBJT逆变器的损耗会降低67% 。
在车载充电器和非车载充电桩中使用SiC功率器件可提高电池充电器的工作频率 ， 实现充电系统的高效化、小型化 ， 并提升充电系统的可靠性 。 据悉 ， 充电模块的工作环境具有高频、高压和高温的特点 ， 与Si基器件相比 ， SiC器件的特性更适合这样的工作环境 ， 因此SiC器件在充电模块中大有可为 。
在电源转换系统中使用SiC功率器件可缩小电路的尺寸 ， 降低重量 ， 缩减无源器件的成本 ， 在满足冷却系统的需求的同时大大降低整个系统的重量和体积 。 据了解 ， 在电动汽车中 ， 引擎部分需要冷却系统保持其温度在105℃ ， 而功率变换器部分则要求冷却系统使其温度在70℃左右 。 为了使两部分正常工作 ， 必须采用两套冷却系统以满足不同的需求 ， 这无疑大大增加了电动汽车冷却系统的体积 。 由于SiC功率器件的工作结温已经达到361℃ ， 因此在这种情况下采用SiC功率器件可以将引擎冷却系统与功率变换器系统合二为一 ， 大大减小功率变换器的体积 。
众多企业加入SiC功率器件赛道
基于SiC功率器件在电机驱动器、充电模块和电源转换系统的优异表现 ， 不少企业都对SiC功率器件青睐有加 。
现阶段 ， 众多半导体厂商纷纷加入研发SiC功率器件的赛道 。 西安电子科技大学教授张玉明告诉采访人员 ， 当前越来越多的厂商正在对SiC器件加大投入 。 国外知名厂商如ROHM、Cree、ST和Infineon等都已参与布局其中 ， 国内也有不少厂商陆续推出SiC功率器件产品 ， 如泰科天润、基本半导体和杨杰科技等 。
一些新能源汽车企业也在尝试布局SiC功率器件 ， 助力新能源汽车行业的发展 。 张玉明表示 ， 全球范围内 ， 作为率先采用Si-C功率器件的新能源汽车企业 ， 特斯拉发挥了很重要的示范作用 。 与此同时 ， 张玉明指出 ， 目前国内主流的车厂也都在新能源汽车行业积极地使用SiC功率器件 ， 如比亚迪、奇瑞、北汽和中车等 。 但因为国内新能源汽车企业对SiC功率器件还是有些谨慎 ， 所以在这方面的投入力度不够 ， 进展的速度还需要加快 。


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