碳化硅 (SiC) 半導(dǎo)體在處理高功率和導(dǎo)熱方面比電動(dòng)汽車 (EV) 系統(tǒng)和能源基礎(chǔ)設(shè)施中的傳統(tǒng)硅更有效的能力現(xiàn)已得到廣泛認(rèn)可。SiC 器件有助于更有效地將電力從電池傳輸?shù)?EV 系統(tǒng)組件中的電機(jī),從而將 EV 的行駛里程增加 5% 至 10%。
碳化硅 (SiC) 用于各種應(yīng)用已有 100 多年的歷史。然而,如今半導(dǎo)體材料比以往任何時(shí)候都更受歡迎,這在很大程度上是由于其在工業(yè)應(yīng)用中的使用。
電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)人員可以通過監(jiān)控柵極電壓閾值來提高牽引逆變器系統(tǒng)的安全性和可靠性。 當(dāng)消費(fèi)者購買汽車時(shí),他們認(rèn)為設(shè)計(jì)工程師盡職盡責(zé)地創(chuàng)造了一款安全的產(chǎn)品。為了達(dá)到必要的安全水平,特別是在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 26262 標(biāo)準(zhǔn)方面,車輛內(nèi)的子系統(tǒng)(例如牽引逆變器)必須包括內(nèi)部診斷和保護(hù)功能,以幫助檢測潛在的故障模式。
在與電子儀器相關(guān)的行業(yè)中,與傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體相比,寬帶隙半導(dǎo)體的創(chuàng)新已被證明是有利可圖和有效的。碳化硅 (SiC)寬帶隙半導(dǎo)體是最先進(jìn)的半導(dǎo)體之一,具有顯著的相關(guān)性。這些半導(dǎo)體在各種參數(shù)(如高溫、頻率、電壓等)方面表現(xiàn)相當(dāng)出色。
碳化硅 (SiC) FET 開始在 PWM(脈沖寬度調(diào)制)和 SMPS(開關(guān)模式電源)系統(tǒng)的固有效率已經(jīng)成為優(yōu)勢的市場中獲得關(guān)注。這項(xiàng)新技術(shù)的一些主要參與者展示了比之前的 IGBT 和傳統(tǒng) MOSFET 設(shè)計(jì)效率更高的電源系統(tǒng)。在夏威夷這樣的地方,電費(fèi)可能超過 0.35 美元/千瓦時(shí),這一點(diǎn)變得很重要。在歐洲和亞洲也有類似的高電力成本需要處理。對于生活在電網(wǎng)之外的人來說,這也很重要。
碳化硅 (SiC) 是一種日益重要的半導(dǎo)體材料,未來它肯定會(huì)取代硅用于大功率應(yīng)用。為了更好地管理 SiC 器件,有必要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)足夠的驅(qū)動(dòng)程序,以保證其清晰的激活或停用。通常,要關(guān)閉它,“柵極”和“源極”之間需要大約 20 V 的電壓,而要打開它,需要大約 -5 V 的負(fù)電壓(地),并且開關(guān)驅(qū)動(dòng)器必須非常快,否則會(huì)增加工作溫度、開關(guān)損耗和更大的電阻 Rds(on)。
電力電子仍然主要基于標(biāo)準(zhǔn)硅器件。雖然三電平和其他硅電路拓?fù)湔诔霈F(xiàn)以提高效率,但新的碳化硅 (SiC) 設(shè)計(jì)正在出現(xiàn),以滿足電動(dòng)汽車不斷增長的高功率要求。
碳化硅 (SiC) 因其更高的開關(guān)頻率和更高的結(jié)溫而被稱為汽車行業(yè)傳統(tǒng) Si IGBT 器件的繼承者。此外,在過去五年中,汽車行業(yè)已成為基于 SiC 的逆變器的公共試驗(yàn)場。事實(shí)證明,通過 SiC 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) DC 到 AC 的基本轉(zhuǎn)換比硅 (Si) 轉(zhuǎn)換器更小、更輕且更高效,因此寬帶隙器件在汽車行業(yè)的潛力將顯著增長。
碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN)等寬帶隙材料由于其電氣特性已被證明優(yōu)于硅,因此在電力電子應(yīng)用中占據(jù)領(lǐng)先地位。盡管被廣泛接受,但專家們?nèi)栽诓粩鄼z查其真實(shí)性。
碳化硅 (SiC) 是一種下一代材料,計(jì)劃顯著降低功率損耗并實(shí)現(xiàn)更高的功率密度、電壓、溫度和頻率,同時(shí)減少散熱。高溫可操作性降低了冷卻系統(tǒng)的復(fù)雜性,從而降低了電源系統(tǒng)的整體架構(gòu)。
碳化硅 (SiC) MOSFET 在功率半導(dǎo)體行業(yè)取得了重大進(jìn)展,這要?dú)w功于與硅基開關(guān)相比的一系列優(yōu)勢。這些包括更快的開關(guān)、更高的效率、更高的工作電壓和更高的溫度,從而產(chǎn)生更小、更輕的設(shè)計(jì)。 這些屬性導(dǎo)致了一系列汽車和工業(yè)應(yīng)用。但是像 SiC 這樣的寬帶隙器件也帶來了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),包括電磁干擾 (EMI)、過熱和過壓條件,這些可以通過選擇正確的柵極驅(qū)動(dòng)器來解決。
Wolfspeed,前身為 Cree,以一項(xiàng)重大的設(shè)計(jì)勝利開始了其品牌重塑:與通用汽車達(dá)成供應(yīng)鏈協(xié)議,為汽車制造商的電動(dòng)汽車開發(fā)和生產(chǎn)碳化硅 (SiC) 半導(dǎo)體。8 月,Wolfspeed 以 8 億美元的價(jià)格擴(kuò)大了與 STMicroelectronics 的多年協(xié)議,以供應(yīng) 150 毫米裸片和外延 SiC 晶圓。