SiC成为实现更高汽车能效的关键技术

“身为汽车制造商，我们将致力在2035年前在领先市场实现100%零排放的新车和货车销售，辅以与实现这一目标相一致的业务战略，同时帮助构建客户需求。”

COP26宣言是最近联合国气候变化大会英国2021年的成果。安森美（onsemi）最近承诺在2040年前实现净零排放。这不仅仅是个空洞的口号--我们正在实施一项积极的战略来实现这一目标。启用新的汽车功能电子化技术是实现和维持这一承诺的方法之一。

对于电动车（EV），主要的成本在于电池单元/电池组。在过去三年中，EV的锂离子电池价格已下降了40%（在过去十年中几乎下降了90%）。锂离子电池的价格下跌将持续到2025年。

为了进一步加快电气化进程，公用设施到电池以及电池到电机之间的电源转换能效成为可持续发展的关键。新的半导体技术是发展的方向，而碳化硅（SiC）正在成为实现更高的汽车能效的关键技术。

SiC属于所谓的宽禁带（WBG）器件。带隙是固体中的能量范围，在固态物理学中没有电子状态可以存在，这是决定固体导电性的重要因素。带隙大的物质一般是绝缘体；带隙小的物质是半导体，而导体要么有非常小的带隙，要么没有带隙，因为价带和导带是重叠的。这些器件的能带比标准的硅大。

表 1. 带隙能量表

当今多数EV使用传统的硅器件技术，如IGBT和硅MOSFET。EV技术方案设计人员已在车载充电器和高压DC-DC应用以及主驱应用中有限地引入了WBG器件（许多方案很快就会投产）。WBG是电力电子的未来。这些新技术结合合适的封装技术，赋能高能效、可靠和成本优化的方案。

这些材料的特性在于其结构。对更高的工作温度、减少能量损失、更高的功率密度、更高的开关频率和更高的阻断电压的要求是主要的驱动力。

SiC相较于Si的优势：

介电击穿场强高 10 倍

能带隙高3 倍

热导率高 3 倍

图 2. 多维材料特性比较

在逆变器层面或车辆层面，SiC MOSFET都能实现比IGBT更好的整体系统级成本、性能和质量改进。以下是SiC MOSFET相对于IGBT用于主驱逆变器应用中的关键设计优势：

宽禁带使单位面积的功率密度更高，特别是在更高的电压下移动（如1200伏击穿）。

没有拐点电压，导致在低负载时有更高的能效

单极性的行为，使额定温度更高，开关损耗更低

EV的负载曲线转化为对功率开关的独特要求。从全球统一轻型车辆测试程序（WLPT）到新欧洲驾驶循环（NEDC）的所有驾驶曲线来看，很明显，一辆标准的EV在其整个生命周期中约有5%的时间是全功率运行的。根据驾驶曲线，一辆EV在其余的时间里平均运行全部负载的30％至40％，对SiC MOSFET的需求比IGBT更强。SiC MOSFET没有拐点电压，能效明显比IGBT高，在车辆层面上可节省电池组。

表 2：驾驶曲线示例

B2 SiC（NVVR26A120M1WST）功率模块是用于混合动力车（HEV）和电动车（EV）主驱逆变器应用的VE-TracTM系列功率模块的一部分--该模块平台在一个半桥架构中集成了安森美的所有SiC MOSFET技术。裸片连接采用烧结技术，提高了能效、功率密度和可靠性。该模块符合AQG 324汽车功率模块标准。B2 SiC模块结合烧结技术用于裸片连接和铜夹，压铸模工艺用于实现强固的封装。其SiC芯片组采用安森美的M1 SiC技术，从而提供高电流密度、强大的短路保护、高阻断电压和高工作温度，在EV主驱应用中带来领先同类的性能。

审核编辑：郭婷