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车用SiC市场成长迅猛 SiC-SBD将率先导入充电桩场景

来源:华强电子网 发布时间:2019-04-29

摘要:  作为第三代半导体材料的杰出代表,碳化硅因具备禁带宽度大、临界击穿场强大、热导率高等优势特性,非常适用于高温、高频以及高功率密度的应用场景。典型的比如新能源汽车领域,特斯拉最新的Model 3车型就使用了碳化硅MOSFET来提升电驱系统的工

 作为第三代半导体材料的杰出代表,碳化硅因具备禁带宽度大、临界击穿场强大、热导率高等优势特性,非常适用于高温、高频以及高功率密度的应用场景。典型的比如新能源汽车领域,特斯拉最新的Model 3车型就使用了碳化硅MOSFET来提升电驱系统的工作效率以及汽车充电效率,同时欧洲的350kW超级充电站目前也正加大对碳化硅功率器件的采用;而在国内,车企方面如比亚迪、北汽新能源等也都在加码碳化硅器件在新能源汽车领域的应用,尤其是以汽车充电桩为代表的高功率充电应用场景,已成为当下SiC功率器件重点推广和普及的领域。

  如今,汽车产业向电动化转型的进程正不断加速,为迎合这股市场“洪流”,业界对以SiC为代表的功率器件大规模导入汽车市场的呼声也是越来越高。据专业机构统计,2018年全球已有超过20家的汽车厂商在OBC中使用了SiC肖特基二极管(Schottky Diodes)或SiC MOSFET,未来SiC功率半导体在OBC市场中也有望以CAGR 44%的速度成长至2023年;而且,汽车主逆变器中采用SiC功率半导体也渐成风潮,特别是中国车厂近几年更是纷纷考虑使用SiC功率元件,预计2019-2023年SiC功率元件在汽车主逆变器市场的CAGR可能高达108%,推动车用SiC市场强劲增长。

  除此,随着近年来全球汽车市场对充电需求的日益陡升,作为电动汽车能量之源的充电桩应用也成为当前各大SiC器件供应商们“淘金”的热土。深圳基本半导体有限公司技术营销经理刘诚在接受本刊采访时表示:“从市场整体情况来看,2019年充电桩市场对碳化硅功率器件的需求十分强劲,碳化硅二极管和MOSFET的交期都比较长,有的甚至长达10个月。基本半导体从2018年起便开始为包括充电桩、车载充电机等行业在内的客户大批量供货,为满足国内客户的供应需求以及今后车规级半导体的需求增长,目前也正积极在国内布局产线。”

  而从应用的角度来看,刘诚认为:“相比传统的硅器件,碳化硅功率器件在充电桩领域应用可以提升电源系统开关频率和效率,并降低无源器件(电感、电容等)的重量和体积,提升系统功率密度。比如市面上主流的15kW充电桩模块,一台15kW的充电桩模块电源内部一般会用到4颗或8颗碳化硅MOSFET,具体使用数量仍取决于所选器件的导通电阻值和输出电流。”

  这里以电动车充电桩设施的三相电力转换系统为例,1200V的SiC MOSFET可为DC-DC转换级建构一个LLC全桥级,其中典型的硅解决方案则由于倚赖650VSi超接面MOSFET,通常需要两个串联的LLC全桥来支援800V的DC链路,而四组SiC MOSFET加上驱动器IC即可取代八组Si超接面MOSFET加上驱动器IC。除了零件数量减少及电路板空间缩减之外,SiC MOSFET还可以使效率达到最佳化,在每个导通状态下,相较于Si解决方案中的四个切换位置,SiC MOSFET解决方案仅打开两个切换位置即可,在快速电池充电中使用SiC MOSFET,可实现高效率的充电周期。

  不过,目前出于成本的考虑,电动车充电桩15kW的功率模组现阶段仍然主要以使用硅基器件为主,ROHM半导体(北京)有限公司设计中心所长水原德健告诉记者:“但是随着单个充电模组的功率提高到20kW-30kW,为了提高单位体积的功率密度、提高平台电压、简化电路结构,使用SiC产品的机会将越来越多。当然在大功率充电桩里最开始得到大规模应用的应该还是SiC-SBD,SiC器件的需求还主要以1200V的SiC-SBD为主,很多充电桩生产企业已经将SiC-SBD用于量产项目。之后随着用户平台电压提高和电路结构优化的需要,以及中国国内汽车快速充电市场的扩大,SiC-MOS的使用机会也会越来越多,具体使用个数会以用户具体电路结构而定,但是预计使用量都会比较可观(目前单个直流充电模组中大概使用28颗硅基的SJMOS)。”


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