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电动汽车突破充电速度和续航能力两大瓶颈要靠碳化硅!

2021-09-26 赵明灿 阅读:
未来汽车一定会采用800V电压平台。800V电压平台可以带来重量更轻、体积更小、效率更高的好处,而其中不管是电池的充放电还是电机驱动,都会用到功率器件,尤其是碳化硅。
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碳化硅是有集成的趋势?

EDN还问了另一个问题,就是碳化硅是否会像氮化镓那样走集成化的趋势?博士认为碳化硅集成半桥会比较难,因为碳化硅本身是一纵向器件,结构不太适合做再加上高速的开关,很容易受高压信号的干扰1wDednc

再就是它材料本来就比较贵。“你把IC做进去,那个材料又很贵,本来可能同样的面积,你做一个硅IC可能几毛钱,你做碳化硅上,那个成本就放大好几倍,这个是不合算的。另一方面,就从高温的角度来说,因为碳化硅的结温一般会工作在比较高的温度,如果不是有特别高温需求,一般不太需要用到碳化硅的集成电路1wDednc

而且碳化硅还有一个特点,就是它的沟道迁移率是比较低的,它的横向MOS性能是比氮化镓要差的。氮化镓有另外的问题,就是如果硅基氮化镓的话,它是用异质结材料生长,它在缓冲层有很多的缺陷在高温高压长时间应力作用下,它可靠性问题是很突出的。我以前2012年、2013年的时候也有做氮化镓,包括我们公司现在也有氮化镓的产品,因为氮化镓目前我们也是卖消费级的一些应用,因为确实消费级对可靠性的要求没有那么高。1wDednc

我们现在了解到的情况,就是氮化镓做一些寿命分析的时候,像门级PDTB这种分析实验,大概理论寿命只有15年。如果再做一些早期筛选砍一半下来,只有可能不到10年的寿命。在车应用上是不符合要求的,而碳化硅目前理论曲线做出来都是上千年、上万年的寿命我们做一些早期失效的测试,可以把一些早期失效出来,而筛出来的产品还有很长的时间可以使用。”黄博士指出。1wDednc

总结

综上,800V系统可以优化电动汽车的电池和电机相关的体积、重量和效率。SiC器件是比IGBT性能更好的器件,且能让整车效率提升,降低电池成本。另外,以派恩杰为代表的国产SiC MOSFET器件,其性能与可靠性均已达到了国际领先水平。1wDednc

SiC Demo

最后再来了解一下派恩杰碳化硅产品的Demo。1wDednc

下图是650V、40mΩ以及1200V、20mΩ和17mΩ的MOSFET器件以及晶圆。1wDednc

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下图是1700V辅助电源的方案。1wDednc

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下图是SiC SBD,目前有两个等级:650V和1200V。 1wDednc

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1200V、400A的62mm碳化硅半桥模块:1wDednc

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高压工业辅助电源:1wDednc

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3.3kW图腾柱PFC:1wDednc

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用1200V、400A模块做成的逆变器:1wDednc

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SiC模块动态性能评估平台:1wDednc

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赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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