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氮化镓未来在汽车领域的发展潜力巨大

lPCU_elecfans 来源:电子发烧友网 作者:李诚 2021-11-18 14:21 次阅读

据阿里巴巴达摩院预测,2021年以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体将迎来应用的大爆发。据公开资料显示,2020年氮化镓的市场主要应用于光电射频电力电子领域。其中,光电领域占氮化镓市场的68%,市场规模约224.7亿元。射频和电力电子领域分别占据氮化镓市场的20%和10%。氮化镓的能量转换效率,远远超过了硅基器件的性能,依目前的市场占比来看,氮化镓在电力电子领域市场渗透率较低,发展空间巨大,尤其是在大功率电源适配器、无线充电等领域。得益于新能源汽车的高速发展,氮化镓应用领域也逐渐向车载充电器、汽车逆变器、激光雷达延伸。

氮化镓在汽车领域的优势、现状

随着汽车电气化、智能化的发展,电动汽车对高效率、高功率密度的要求也更加严苛。使用氮化镓元器件,能够在减少空间占比的同时,提高功率密度和汽车的续航能力,为用户带来更优的驾驶体验。与碳化硅相比,氮化镓的开关频率更高,由于氮化镓具有较高的电子迁移率,因此关断时间几乎为零,开关损耗相对较小。同时,氮化镓的热处理能力和功率密度较高,使用氮化镓元件能够起到提高功率转换效率、降低电池成本的作用。

纳微在业内会议中提到,使用氮化镓的车载充电器与传统的车载供电器相比,充电速度提升60%以上,两个充电器体积相同时,氮化镓车载充电器充电速度能够提升近3倍,且重量显著降低。

在汽车领域应用中,为降低车载逆变器体积、提高性能,大多采用氮化镓和碳化硅的功率器件。目前,氮化镓的价格约为硅基器件的3倍左右,碳化硅的价格约为硅基器件的10倍左右。由于氮化镓与碳化硅同样具有高频、低通、低损耗的特性,因此在成本方面氮化镓更具优势。

安世半导体车规级650V氮化镓功率器件

对于车规级功率器件而言,安世半导体最具发言权,安世半导体在汽车领域打拼多年,有着深厚的技术积累,拥有多条满足严格车规级认证的晶圆产线,且不断增加产线、扩充产能。凭借深厚的技术积累,2019年安世半导体汽车功率MOSFET排名全球第二,仅次于英飞凌

2019年安世半导体率先推出了业界领先的氮化镓功率器件。近日,闻泰科技董秘在投资平台回复投资者问题中提到,安世半导体推出行业领先的氮化镓功率器件,应用场景对标电动汽车、数据中心、高端电源等领域等。在回应中还重点强调了氮化镓在新能源汽车牵引逆变器中的应用,并表示电压等级为650V的氮化镓产品现已通过车规级测试。

GAN063-650WSA是安世半导体的一款通过车规级测试,电压等级为650V、导通电阻为50mΩ的氮化镓功率器件。为避免实际使用中出现尖峰电压过高,击穿元器件导致电路损坏的问题,安世对导体对此款产品进行了优化,将耐压值提升至800V,同时还具有极低的浪涌电压(1.3V/12A),进一步保护了系统工作的稳定性。可在-55℃至175℃的温度环境下工作,能够很好的适配汽车应用的温度需求,主要应用于汽车电源转换和牵引逆变器。上图为GAN063-650WSA在电压为650V、温度为175℃,极限工作状态下AEC-Q101 Rev D级别的认证测试结果,据检测结果显示,这款氮化镓功率器件动态导通电阻的最大偏移小于15%,远低于AEC-Q101 Rev D级偏移20%的要求。

上图为GAN063-650WSA连续工作1000个小时的测试结果,从参数可以看出,转换效率接近98%,且1000个小时内,转换效率一直保持稳定状态,满足车规级AEC-Q101标准认证的要求。

从以上高温、高压以及效率测试结果来看,安世半导体的车规级氮化镓产品工作的稳定性和将近98%转换效率,非常适用于在汽车领域中应用,并提升汽车的能效。据媒体报道,安世半导体现已针对电压等级为900V的氮化镓器件进行开发,且未来还有针对1200V产品的计划,致力于打破氮化镓产品只能在中低压应用的局面。

纳微半导体汽车市场布局

纳微是全球唯一一家,提供从20瓦到20千瓦完全方案的氮化镓企业。近期,电子发烧友网获悉,纳微半导体将进军汽车领域,拓展氮化镓在汽车领域的应用,今年第四季度,纳微在上海设立了专注于电动汽车相关产品的研发中心,并不断广发“英雄帖”壮大电动车产品的研发团队。

据纳微表示,目前已经与汽车厂商展开合作,共同开展OBC和DC/DC产品的研发工作,并将会在汽车领域进行大规模的投入,预计明年一季度开始陆续发布基于氮化镓汽车应用的相关产品,明年第四季度完成车规级产品认证,首个基于纳微产品的车载充电器项目将于2025年实现量产。同时纳微会在11千瓦、6.6千瓦、22千瓦的OBC,以及4千瓦的DC/DC里加入新的想法,实现架构上的突破,充分体现氮化镓在成本、效率、功率密度方面的优势。

结语

氮化镓驱动着电力电子行业的发展,在OBC应用中,产品体积能减小至原本的20%,充电效率提升至98%,在DC/DC应用中,功率密度也能呈翻倍式的增长,随着技术的发展,氮化镓功率器件的电压等级将会得到提升,未来在汽车领域的发展潜力巨大。

责任编辑:haq

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原文标题:瞄准车规市场,氮化镓开启加速“上车”模式

文章出处:【微信号:elecfans,微信公众号:电子发烧友网】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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