國產SiC落地,2019年投產,中國大功率半導體不再受制於人

最近比亞迪發佈的一項被稱為“IGBT 4.0”的技術,在電動汽車行業內頗受關注,打破了目前國內碳化硅大功率器件被德國英飛凌、日本富士壟斷的局面,不吹不黑也沒收過錢,確實應該給比亞迪點個贊。

SiC綜合性能

SiC是碳化硅的化學式,比亞迪發佈的這一項技術就是碳化硅大功率元件,目前電動汽車的電機控制器、直流充電樁普遍使用的是IGBT,但IGBT在效率、功率、頻率、耐高溫、耐高壓等方面遠比SiC遜色。


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大功率場景

例如在需要輸出200kw功率的場合,可能需要使用10個左右的IGBT模塊並聯,每個模塊輸出20kw左右的功率,通過堆模塊的方式來拼湊出需要的功率;如果將功率器件換成SiC,可能使用2個就可以實現200kw的大功率穩定輸出。


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功率損耗小

開過電動汽車的朋友應該知道,電動汽車最大輸出功率在100kw左右,充電功率最大不超過50kw,目前電動汽車使用IGBT能夠滿足使用需求,但IGBT在大功率工況下發熱嚴重,所以市面上具備真正意義上交流快充功能的電動汽車,充電模塊都使用水套對IGBT進行冷卻。同樣的,直流充電樁只不過是將充電模塊搬到充電樁裡面,大功率輸出時IGBT同樣會大量發熱。


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對於使用SiC的電動汽車或直流充電樁,由於SiC發熱量遠小於IGBT,可以將充電模塊做得很小,不需要複雜的液冷系統,例如使用SiC功率器件的充電樁,可以同時為2~4臺電動汽車提供快充所需的功率。

耐高溫性能

瞭解半導體的讀者應該知道,半導體的性能對溫度很敏感。對於IGBT,工作時會發熱,但IGBT本身又非常“怕熱”,所以使用IGBT的電控、充電模塊、充電樁,在IGBT過熱時會觸發保護機制,導致輸出功率受限。


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SiC的耐高溫性能非常好,通過上圖可以發現,SiC在很大的溫度範圍內都能保持較低的導通電阻,SiC對溫度的敏感程度遠小於IGBT。

耐高壓性能

在大功率工況下,為減少電能損失,提高電壓是必然的選擇,並且越高越好。對於IGBT,1000V左右的電壓已經接近極限,而SiC可以在3300V、6500V甚至更高的電壓下工作,這個電壓對於IGBT是不可能做到的。


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未來電動汽車快充一定是趨勢,在能夠保證安全的情況下,充電電壓可能還會繼續上調,如果上調到接近目前IGBT的極限,那麼IGBT一定會被SiC所代替。


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大功率半導體器件是電動汽車的核心技術,無論是電動汽車充電,還是電動汽車行駛時都會使用到;之前因為芯片被西方國家“卡脖子”,國產SiC已經打破了幾家廠商所壟斷的局面,大功率半導體受制於人的歷史已經結束。


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