Qorvo高级现场支持工程师周虎:碳化硅在新能源汽车市场优势明显

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关键词:碳化硅

    3月21日,Qorvo在京举办线下媒体沙龙活动,在活动中,Qorvo高级现场支持工程师周虎表示,碳化硅在新能源汽车市场优势明显,但一些技术在实现的过程中依旧存在一些痛点亟待解决。

    周虎表示,目前在新能源汽车的使用场景中,在电动机驱动部分传统的设计主要使用IGBT器件,由于IGBT是MOSFET和BJT组成的复合型半导体器件,因此具有耐高压以及抗电流冲击能力较强的特性。但由于IGBT导通后的损耗模型为P=U×I,这也导致其在小功率、小电流的应用场景中的导通损耗比较大。而且由于IGBT本身的寄生参数较大,因此开关损耗也较大。除此之外,IGBT关断时还有拖尾电流,因此在半桥或全桥应用中需要加大死区,造成IGBT的开关频率相对较低,从而系统体积难以小型化,以上为IGBT主要的应用缺点。但是IGBT在高电压、大电流的应用场景中优势明显,因此在汽车领域,IGBT适合用于重机型的场景中,例如:重型卡车、高速列车等。

    而碳化硅器件导通后的特性类似于电阻,且导通阻抗相比硅基Mosfet更低,其损耗模型为P=I2×R,在较小功率或较小电流应用中,其损耗小于IGBT,因此碳化硅的这个优点更符合小型轿车的应用场景。而且碳化硅的热传递性非常好,且绝缘能力强,这些特性非常适合high power的应用。除此之外,碳化硅器件的开关频率可以做的更高,有利于减小磁性器件的匝数并减小体积,并有利于减小滤波电容和母线电容的用量。可以帮助客户减小系统尺寸并减少成本,提高功率密度。

    然而,产能不足是导致碳化硅成本无法下降的主要痛点,也是碳化硅无法在常规车型中得到普及应用的一大痛点。周虎表示,如今,不少碳化硅企业开始尝试通过增加晶圆面积来解决此类痛点,将传统的4英寸或6英寸晶圆提升至8英寸甚至未来12英寸的晶圆。这是由于,不同晶圆面积的切割成本相似,但是能在大尺寸的晶圆上能够切割出更多的die片,从而可以有效降低die片单位成本。但是,在提升晶圆面积的同时,如何保证良率是目前需要解决的挑战,目前良率相对稳定的依旧是6英寸及以下的晶圆。

    此外,周虎表示,目前业界为了兼容全级别车型快充功能开始推动800V电气架构,功率相同的情况下,通过抬高电池电压,从而减少流过的电流,减少发热损耗来提高汽车的续航里程。因此800V高压也成为了碳化硅在新能源汽车领域中的主要“秀场”。但相比过去的400V电压平台,800V高压在实施的过程中,需要注意以下潜在风险:首先,汽车的“三电”系统,空调压缩机,DCDC直流变换器,OBC车载充电机等必须要满足在这个电压平台上的安全工作,1200V耐压等级的SiC或IGBT将会是唯二的选择,而前者优势较明显。其次,汽车设计必须重视这个电压平台下对平台的绝缘,器件的耐压及漏电等相关安全考虑。最后,由于高电压是通过很多电池串联来实现,因此在高压及大电流工作环境下如何保证电池的安全,如何合理计算电池整体的续航里程并保证电池的使用寿命也提出了很多的问题。


    (审核编辑: 智汇闻)