解決電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航痛點(diǎn)，碳化硅借勢(shì)而起

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）在政策利好與自然資源緊張的驅(qū)使下，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展步入了正軌。隨著電動(dòng)汽車(chē)基礎(chǔ)配套設(shè)施的不斷完善，以及技術(shù)的成熟，電動(dòng)汽車(chē)在近年來(lái)得到了大量普及，并取得了顯著增長(zhǎng)。據(jù)Canalys公布數(shù)據(jù)顯示，2021年全球新能源電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售總量達(dá)650萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)109%，占比全球汽車(chē)銷(xiāo)量的9%。

在電動(dòng)汽車(chē)高速增長(zhǎng)的市場(chǎng)背景下，市場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)所需相關(guān)零部件的需求持續(xù)擴(kuò)大，具有耐高溫、高壓、高效的碳化硅功率器件就是其中之一。據(jù)有關(guān)外媒報(bào)道，電動(dòng)汽車(chē)所需的碳化硅功率器件，在2025年將會(huì)占到整個(gè)碳化硅功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的37%左右，市場(chǎng)占比將近4成，相較于2021年提升25%。

基于碳化硅突出的電氣特性，碳化硅在車(chē)載逆變器、車(chē)載充電器和快速充電樁等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到了快速的鋪開(kāi)，在設(shè)備體積、能量損耗、系統(tǒng)效率方面都得到了進(jìn)一步的優(yōu)化。電動(dòng)汽車(chē)無(wú)論是在動(dòng)力、噪音亦或是使用成本方面均比傳統(tǒng)的燃油車(chē)更具優(yōu)勢(shì)，但電動(dòng)汽車(chē)最大的痛點(diǎn)還是充電慢的問(wèn)題。

為解決這一痛點(diǎn)，高壓平臺(tái)技術(shù)似乎成為目前最好的解決方案之一，同時(shí)800V以上的高壓平臺(tái)也成為了各大整車(chē)廠商未來(lái)規(guī)劃的重點(diǎn)。預(yù)計(jì)在今年上半年實(shí)現(xiàn)交付，號(hào)稱充電10分鐘續(xù)航800公里的長(zhǎng)城沙龍機(jī)甲龍，也引進(jìn)了800V高壓技術(shù)，峰值充電功率可達(dá)400KW。2021年11月，國(guó)內(nèi)首款基于800V高壓SiC平臺(tái)的量產(chǎn)車(chē)小鵬G9正式亮相，同時(shí)極氪、理想、極狐在800V高壓平臺(tái)也有不同程度的部署，今年有望成為800V高壓平臺(tái)的發(fā)展元年，碳化硅功率器件也將在800V高壓平臺(tái)的發(fā)展中借勢(shì)而起獲得充分受益。

近年來(lái)碳化硅功率器件在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的持續(xù)火熱，上游芯片廠商也嗅到了車(chē)用碳化硅潛在的商機(jī)，不斷加大產(chǎn)品的研發(fā)力度，擴(kuò)大產(chǎn)能。

東芝1200V、1700V碳化硅MOSFET模塊

碳化硅是硅器件的替代品，是降低損耗、增加電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程的關(guān)鍵。東芝此前曾對(duì)外宣稱，將會(huì)在2025年之前將碳化硅的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大到2020的10倍，并計(jì)劃于2023年將旗下姬路半導(dǎo)體工廠的SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)量擴(kuò)增至2020年度的3倍。今年1月，東芝推出了兩款1200V和1700V碳化硅MOSFET模塊，并與之前推出的3300V功率器件構(gòu)成了不同電壓等級(jí)的產(chǎn)品線。

此次東芝推出1200V碳化硅功率模塊的型號(hào)為MG600Q2YMS3，額定漏極電流最高可至600A，額定電壓為1700V碳化硅功率模塊型號(hào)為MG400V2YMS3，額定漏極電流為400A。這兩款產(chǎn)品采用的是一樣的PMI153A封裝，在安裝方式上與應(yīng)用較為廣泛的硅基IGBT模塊相兼容。

在碳化硅MOSFET模塊參數(shù)細(xì)節(jié)方面，這兩款產(chǎn)品均支持超寬5000V的輸入和輸出的電壓隔離條件，其中MG600Q2YMS3能夠在不超過(guò)600A的漏極電流情況下提供0.9V的漏極導(dǎo)通電壓（感應(yīng)），0.8V的源極導(dǎo)通電壓（感應(yīng)），1.6V的源極關(guān)斷電壓。當(dāng)工作環(huán)境在150℃、漏極電流600A、漏極導(dǎo)通電流為600V時(shí)，MG600Q2YMS3的開(kāi)關(guān)損耗為25mJ，關(guān)斷損耗為28mJ。當(dāng)工作環(huán)境在150℃、漏極電流400A、漏極導(dǎo)通電流為900V時(shí)，MG400Q2YMS3的開(kāi)關(guān)損耗為28mJ，關(guān)斷損耗為27mJ。較低能量的損耗特性能夠滿足多方面的應(yīng)用需求，如軌道車(chē)輛的逆變器和轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制設(shè)備、高頻DC-DC轉(zhuǎn)換器等。

碳化硅功率器件老玩家ROHM

ROHM是一家碳化硅功率方案的主要提供商，在去年先后與國(guó)內(nèi)的車(chē)企吉利和正海集團(tuán)達(dá)成合作共同探索汽車(chē)市場(chǎng)，發(fā)展碳化硅技術(shù)，提升電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程。在ROHM碳化硅功率器件陣營(yíng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)耐壓等級(jí)650V至1200V的覆蓋，并且在SCT3系列的碳化硅MOSFET中采用了第三代溝槽柵型工藝，使得導(dǎo)通電阻相較于前一代技術(shù)產(chǎn)品降低了50%。同時(shí)SCT3系列的碳化硅MOSFET還采用了4引腳的特色封裝，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)頻率，降低開(kāi)關(guān)損耗。

CT3022KLHR是此前ROHM推出的一款N溝道碳化硅MOSFET，這款MOSFET采用了溝槽柵極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在相同尺寸的情況下，相較于平面型產(chǎn)品在導(dǎo)通電阻方面得到了很大的優(yōu)化。其滿足車(chē)規(guī)級(jí)AEC-Q101的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，最高耐壓等級(jí)為1200V，擁有著22mΩ極低的導(dǎo)通電阻，同時(shí)還具有開(kāi)關(guān)頻率高、切換速度快的特性，在一定程度上降低了功率器件在工作時(shí)所產(chǎn)生的功率損耗。在電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用中，更低的導(dǎo)通電阻和高開(kāi)關(guān)頻率才是提升系統(tǒng)效率，節(jié)省成本，提高續(xù)航里程的關(guān)鍵。CT3022KLHR的工作結(jié)溫為175℃，可保證在汽車(chē)充電樁、車(chē)載OBC的應(yīng)用中功率器件工作的穩(wěn)定性。

結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車(chē)在高速增長(zhǎng)的同時(shí)也帶動(dòng)了市場(chǎng)對(duì)碳化硅功率器件的需求，碳化硅功率器件在高壓應(yīng)用中降低能量損耗，提高系統(tǒng)效率的特性，吸引了更多廠商的關(guān)注，博世、東芝、羅姆、三安光電等企業(yè)紛紛開(kāi)展擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，以應(yīng)對(duì)后期電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)爆發(fā)所帶來(lái)的增長(zhǎng)。小鵬汽車(chē)、吉利汽車(chē)等車(chē)企也在爭(zhēng)相加碼，投資碳化硅半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)。