碳化硅 (SiC) 半導體在處理高功率和導熱方面比電動汽車 (EV) 系統(tǒng)和能源基礎設施中的傳統(tǒng)硅更有效的能力現(xiàn)已得到廣泛認可。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,從而將 EV 的行駛里程增加 5% 至 10%。
碳化硅 (SiC) 用于各種應用已有 100 多年的歷史。然而,如今半導體材料比以往任何時候都更受歡迎,這在很大程度上是由于其在工業(yè)應用中的使用。
電動汽車設計人員可以通過監(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。 當消費者購買汽車時,他們認為設計工程師盡職盡責地創(chuàng)造了一款安全的產(chǎn)品。為了達到必要的安全水平,特別是在國際標準化組織 (ISO) 26262 標準方面,車輛內的子系統(tǒng)(例如牽引逆變器)必須包括內部診斷和保護功能,以幫助檢測潛在的故障模式。
在與電子儀器相關的行業(yè)中,與傳統(tǒng)的硅基半導體相比,寬帶隙半導體的創(chuàng)新已被證明是有利可圖和有效的。碳化硅 (SiC)寬帶隙半導體是最先進的半導體之一,具有顯著的相關性。這些半導體在各種參數(shù)(如高溫、頻率、電壓等)方面表現(xiàn)相當出色。
碳化硅 (SiC) FET 開始在 PWM(脈沖寬度調制)和 SMPS(開關模式電源)系統(tǒng)的固有效率已經(jīng)成為優(yōu)勢的市場中獲得關注。這項新技術的一些主要參與者展示了比之前的 IGBT 和傳統(tǒng) MOSFET 設計效率更高的電源系統(tǒng)。在夏威夷這樣的地方,電費可能超過 0.35 美元/千瓦時,這一點變得很重要。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體材料,未來它肯定會取代硅用于大功率應用。為了更好地管理 SiC 器件,有必要創(chuàng)建一個足夠的驅動程序,以保證其清晰的激活或停用。通常,要關閉它,“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 的負電壓(地),并且開關驅動器必須非???,否則會增加工作溫度、開關損耗和更大的電阻 Rds(on)。
電力電子仍然主要基于標準硅器件。雖然三電平和其他硅電路拓撲正在出現(xiàn)以提高效率,但新的碳化硅 (SiC) 設計正在出現(xiàn),以滿足電動汽車不斷增長的高功率要求。
碳化硅 (SiC) 因其更高的開關頻率和更高的結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場。事實證明,通過 SiC 轉換器實現(xiàn) DC 到 AC 的基本轉換比硅 (Si) 轉換器更小、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,因此在電力電子應用中占據(jù)領先地位。盡管被廣泛接受,但專家們仍在不斷檢查其真實性。
碳化硅 (SiC) 是一種下一代材料,計劃顯著降低功率損耗并實現(xiàn)更高的功率密度、電壓、溫度和頻率,同時減少散熱。高溫可操作性降低了冷卻系統(tǒng)的復雜性,從而降低了電源系統(tǒng)的整體架構。
碳化硅 (SiC) MOSFET 在功率半導體行業(yè)取得了重大進展,這要歸功于與硅基開關相比的一系列優(yōu)勢。這些包括更快的開關、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、更輕的設計。 這些屬性導致了一系列汽車和工業(yè)應用。但是像 SiC 這樣的寬帶隙器件也帶來了設計挑戰(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動器來解決。
Wolfspeed,前身為 Cree,以一項重大的設計勝利開始了其品牌重塑:與通用汽車達成供應鏈協(xié)議,為汽車制造商的電動汽車開發(fā)和生產(chǎn)碳化硅 (SiC) 半導體。8 月,Wolfspeed 以 8 億美元的價格擴大了與 STMicroelectronics 的多年協(xié)議,以供應 150 毫米裸片和外延 SiC 晶圓。