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近日，DIGITIMES Research給出了一組數(shù)據(jù)：預(yù)計(jì)到2025年，電動汽車用碳化硅(SiC)功率半導(dǎo)體將占SiC功率半導(dǎo)體總市場的37%以上，高于2021年的25%。

 SiC 是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一，令其成為新能源汽車的理想選擇。與傳統(tǒng)解決方案相比，基于SiC的解決方案使系統(tǒng)效率更高、重量更輕，且結(jié)構(gòu)更緊湊。

 在電動汽車中，SiC功率半導(dǎo)體主要用于驅(qū)動和控制電機(jī)的逆變器、車載充電器和快速充電樁。對于逆變器而言，800V高壓運(yùn)行架構(gòu)下的SiC功率半導(dǎo)體比傳統(tǒng)硅器件的整體系統(tǒng)效率高8%。SiC功率半導(dǎo)體也使得散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)更簡單，機(jī)電結(jié)構(gòu)的空間更小。對于車載充電和快速充電樁，SiC功率半導(dǎo)體與傳統(tǒng)硅器件相比，在充電過程中減少了能量損失，也減少了所需的電容和電感的數(shù)量。 

SiC比硅更薄、更輕、更小巧，市場應(yīng)用領(lǐng)域偏向1000V以上的中高壓范圍。車用半導(dǎo)體中，SiC是未來趨勢，目前，xEV車中的主驅(qū)逆變器仍以IGBT+硅FRD為主，考慮到未來電動車需要更長的行駛里程、更短的充電時間和更高的電池容量，SiC基MOSFET將是大勢所趨。SiC有望提高3%-5%的逆變器效率，從而降低電池成本。

 SiC行業(yè)龍頭Cree預(yù)計(jì)到2022年，SiC在電動車用市場空間將快速增長到24億美元，是2017年車用SiC整體收入(700萬美元)的342倍。 

目前來看，車用功率半導(dǎo)體器件中，仍以硅基IGBT為主，而SiC基MOSFET代表著未來，因?yàn)樗阅芨鼜?qiáng)，但目前推廣的最大障礙就是高成本。然而，隨著整車動力電池包越來越大、電機(jī)最大功率/峰值扭矩越來越高，SiC基MOSFET的優(yōu)勢就越顯著。

 要想充分發(fā)揮MOSFET的優(yōu)勢，就需要控制承壓層深度和摻雜濃度等技術(shù)參數(shù)，以獲得更高的工作電壓、最大功率和綜合效率。目前，SiC基MOSFET系統(tǒng)的綜合效率(以逆變器效率計(jì)算)約為98%，在應(yīng)用層面，SiC基MOSFET相比于硅基IGBT具有本征優(yōu)勢。

 SiC 應(yīng)用到電動汽車的逆變器、OBC、DC/DC時，更低的阻抗可帶來更小的尺寸，更高的工作頻率可以有效降低電感、電容等元器件的尺寸，且更耐高溫，可以減小冷卻系統(tǒng)的尺寸，最終帶來的是系統(tǒng)級的體積縮小和成本的降低。

 車用SiC器件 

SiC用在車用逆變器上，能夠大幅度降低逆變器尺寸和重量，做到輕量化與節(jié)能。在相同功率等級下，全SiC模塊的封裝尺寸顯著小于硅模塊，同時也可以使開關(guān)損耗降低75%(芯片溫度為150° C)。在相同封裝下，全SiC模塊具備更高的電流輸出能力，支持逆變器達(dá)到更高功率。

 特斯拉的Model 3采用了意法半導(dǎo)體和英飛凌的SiC逆變器，是第一家在主逆變器中集成全SiC功率模塊的車企。2017年12月，羅姆為VENTURI車隊(duì)在電動汽車全球頂級賽事“FIAFormula E”錦標(biāo)賽中提供了采用全SiC功率模塊制造的逆變器，使逆變器尺寸下降了43%，重量減輕了6kg。

 逆變器已經(jīng)開始使用IGBT+SiC SBD的混合方案，預(yù)計(jì)全SiC的逆變器將從2023年開始在主流豪華車品牌中量產(chǎn)。

 據(jù)Cree測算，SiC逆變器能夠提升5-10%的續(xù)航，節(jié)省400-800美元的電池成本(80kWh電池、102美元/kWh)，與新增200美元的SiC器件成本抵消后，能夠?qū)崿F(xiàn)至少 200美元的單車成本下降。據(jù)羅姆測算，到2026年，幾乎所有搭載800V動力電池的車型采用SiC方案都將更具成本優(yōu)勢。

 此外，車載OBC和DC/DC，已經(jīng)開始采用SiC器件，比如PFC電路中二極管切換改為了SiC SBD，或者將OBC的DC/DC原邊電路MOSFET管改為SiC MOSFET。全SiC方案也有望從 2021年開始量產(chǎn)。

 新能源車的功率控制單元(PCU)是汽車電驅(qū)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，管理電池中的電能與電機(jī)之間的流向和傳遞速度，傳統(tǒng)PCU使用硅基材料制成，強(qiáng)電流與高壓電穿過硅制晶體管和二極管的時的電能損耗是混合動力車最主要的電能損耗來源，而使用SiC則可大大降低這一過程中的能量損失。 

將傳統(tǒng)PCU配備的硅二極管換成SiC二極管，硅IGBT換成SiC MOSFET，就可以降低10%的總能量損耗，同時也可以大幅降低器件尺寸，使車輛更為緊湊。

 SiC功率器件也在加速融入車載充電器領(lǐng)域，已有多家廠商推出了面向HEV/EV等電動汽車充電器的SiC功率器件。據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，這一市場在2023年之前可保持44%的增長速度。

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