碳化硅應(yīng)用范圍日漸擴(kuò)大

碳化硅作為寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，具有比傳統(tǒng)硅材料更加優(yōu)異的性能，尤其是用于功率轉(zhuǎn)換和控制的功率器件。與傳統(tǒng)硅器件相比，碳化硅具有禁帶寬度寬、耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等特點(diǎn)，開(kāi)關(guān)速度快、效率高，可大幅降低產(chǎn)品功耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率并減小產(chǎn)品體積。

隨著時(shí)間的推移，碳化硅技術(shù)越來(lái)越贏得用戶的青睞，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。近年來(lái)，碳化硅半導(dǎo)體器件在高壓輸變電、軌道交通、電動(dòng)汽車(chē)、電源、通信基站、太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電、消費(fèi)類(lèi)電源等領(lǐng)域備受歡迎，市場(chǎng)潛力巨大。

還有一個(gè)經(jīng)常與硅和碳化硅相提并論的材料是氮化鎵，它們各有特點(diǎn)。總的看，碳化硅可以承受更高的電壓，主要應(yīng)用在1000V以上的應(yīng)用場(chǎng)景。

目前硅MOSFET主要用在1000V以下（600至900V）的場(chǎng)景，超過(guò)了1000V，硅MOSFET體積就會(huì)變得很大，開(kāi)關(guān)損耗、寄生電容都會(huì)隨之增加，價(jià)格也會(huì)提升。也就是說(shuō)，1000V以上應(yīng)用的真空地帶恰恰是碳化硅的用武之地。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，隨著USB PD快充技術(shù)的普及和氮化鎵技術(shù)的成熟，大功率快充電源市場(chǎng)逐漸興起，碳化硅二極管也開(kāi)始在消費(fèi)類(lèi)電源市場(chǎng)嶄露頭角，進(jìn)入了百瓦級(jí)大功率快充供應(yīng)鏈，在于快充電源實(shí)現(xiàn)更高的效率和更小的體積。

碳化硅器件有低壓、中壓和高壓產(chǎn)品，低壓產(chǎn)品主要面向消費(fèi)電子，如PFC、電源等。中壓產(chǎn)品主要面向汽車(chē)電子和3300V以上的軌道交通和電網(wǎng)系統(tǒng)，特斯拉Model 3用的碳化硅器件就是中壓產(chǎn)品。

現(xiàn)在，在中低壓領(lǐng)域，碳化硅二極管和MOSFET產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，與氮化鎵器件有部分應(yīng)用重合。而在高壓領(lǐng)域，碳化硅的優(yōu)勢(shì)獨(dú)樹(shù)一幟，但非常成熟的產(chǎn)品還很少，也是廠商競(jìng)相研發(fā)的熱點(diǎn)。

車(chē)用逆變器搭載碳化硅腳步加快

一年半之前，預(yù)測(cè)顯示大約有20%的車(chē)會(huì)采用800V母線電壓，現(xiàn)在已經(jīng)有50%以上的新車(chē)型都采用了800V母線電壓。以后的趨勢(shì)甚至?xí)霈F(xiàn)1000V到1200V母線電壓的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)型。

上面提到，電動(dòng)汽車(chē)向800V架構(gòu)的過(guò)渡滿足了快充需求，碳化硅帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)十分明顯，將被大規(guī)模應(yīng)用于OBC（車(chē)載充電器）。以2200W 800V雙向OBC為例，從硅設(shè)計(jì)改為碳化硅，功率器件和柵極驅(qū)動(dòng)數(shù)量都可以減少30%以上，開(kāi)關(guān)頻率提高一倍以上，在降低功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的組件尺寸、重量和成本的同時(shí)，也提高了運(yùn)行效率。

目前，已有多家車(chē)企的OBC、DC-DC采用碳化硅，而在主逆變器中使用碳化硅的量產(chǎn)車(chē)企還很少。800V架構(gòu)的引入將促進(jìn)碳化硅器件在逆變器中滲透，增加市場(chǎng)對(duì)其可靠性的驗(yàn)證，為其在主逆變器的應(yīng)用做好鋪墊。

2021年4月 ，江淮汽車(chē)與博世動(dòng)力總成系統(tǒng)中國(guó)區(qū)在上海簽訂戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。雙方將在400V和800V電驅(qū)系統(tǒng)、碳化硅逆變器和電驅(qū)橋方面展開(kāi)合作。

2022年1月 ，上汽大眾宣布完成碳化硅“三合一”電橋試制，未來(lái)將搭載在ID.4 X車(chē)型上。

2022年1月 ，Equipmake推出一款全新逆變器，利用碳化硅的高功率密度，其HPI-800逆變器提供了相當(dāng)高的效率提升，不僅有可能導(dǎo)致電動(dòng)車(chē)電池的尺寸減小約10%，而且逆變器本身更緊湊體積和重量輕也帶來(lái)了更多好處。

Equipmake新款逆變器

2022年2月 ，博格華納宣布將為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先自主品牌旗下的全新高端純電動(dòng)整車(chē)平臺(tái)提供新型800V碳化硅逆變器，用于該汽車(chē)制造商的兩大高端子品牌電動(dòng)車(chē)型，并面向全球市場(chǎng)的中高端消費(fèi)者。搭載該平臺(tái)的首款新車(chē)計(jì)劃將于2023年第一季度上市。

迄今為止， 800V充電系統(tǒng)采用碳化硅逆變器已經(jīng)成為了趨勢(shì) ，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，保時(shí)捷、奧迪、瑪莎拉蒂、阿斯頓馬丁、捷豹、Lucid和蔚來(lái)、小鵬等20多家車(chē)企已經(jīng)宣布采用800V碳化硅逆變器?？磥?lái)，逆變器搭載碳化硅的現(xiàn)實(shí)就在眼前。

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