电动汽车中碳化硅器件正在取代硅基功率器件

11月9日，在华为智慧出行解决方案发布会上，华为与奇瑞两大巨头合作的首款车型智界S7首次亮相，作为继问界之后的第二个华为智选车品牌，及华为与奇瑞合作的首款电动汽车，智界S7有不少亮点，其中亮点之一便是余承东口中的“双800”——续航超过800公里、携带800V高压碳化硅动力平台。SiC器件在电动汽车领域中逐渐从理论中的实用，到了愈发真实的出货量的增长。800V高压的改变，不是简单的在原来电池上加上一倍的电压。

800V 系统逆变器中的碳化硅

虽然将典型400V电池的电压加倍给电动汽车可以带来了巨大的好处，但对于依赖硅 (Si) MOSFET 和 IGBT 的电动汽车逆变器来说，电压较高时其性能会受到影响。因此，汽车设计人员用SiC取代传统的Si功率器件，SiC是一种宽带隙半导体，可以实现更快的开关速度并可以在更高的温度下工作。与Si器件相比，SiC器件更小，并且可以处理更高的工作电压。

SiC 功率开关逆变器设计的核心，有助于实现与双面冷却的更高水平的集成。这显着降低了 SiC 组件和冷却系统设计之间的热阻。这是电动汽车等高功率应用的一个重要方面，其中电源模块的耐热、散热至关重要，而这一次的智界S7隔热用航空级隔热气凝胶、散热用的也是黑科技的超薄液冷降温系统，可以看出电动汽车的电源在用上800V高压后更是需要多层安全防护保障。

与硅基逆变器相比，冷却系统与SiC MOSFET的高效接口可以以更低的成本实现更轻、更小的电源系统。因此，在电动汽车逆变器中，基于Si IGBT的功率开关越来越多地被 SiC MOSFET 取代，后者可将开关损耗降低高达70%，从而提高电气化推进系统的性能并降低成本。

除了更高的开关效率和更高的结温能力外，SiC MOSFET 还具有更长的短路耐受时间和更低的导通电阻。与 Si IGBT 相比，这进一步降低了功耗。

从 Si IGBT 到 SiC MOSFET

牵引逆变器是电动汽车设计的重要组成部分，在逆变器将直流电转换为电动汽车电机的交流电时，IGBT 等开关设备最初负责管理电力。多年来，工程师们意识到逆变器在电动汽车性能和续驶里程方面发挥着至关重要的作用。在这里，如果能用更高能效组件就能以更高的效率从电池中提取更多能量，从而延长续航里程并减小车载电池的尺寸。

其次，虽然电动汽车的行驶里程以及电池尺寸和重量一直是一个关键问题，但当电动汽车从 400V电池系统转向800V电池系统时，汽车工程师开始寻找能够有效处理更高工作电压和温度的组件。这时，SiC MOSFET就会成为牵引逆变器等电动汽车构建模块的首选技术。

将400 V的电压提高一倍，对于车辆用户和制造商来说都带来了一系列的好处，高密度碳化硅器件最大限度地减少了寄生效应和热阻，这可以减少与直流到交流转换相关的功率损耗，同时减小牵引逆变器的尺寸和重量。

这条雄心勃勃的汽车电气化之路首先需要高压功率器件。SiC 半导体因其更快的开关速度以及支持更高的电压和温度而被认为是一种首选技术，大多电动汽车厂商都已经有自己关于SiC的研发团队了。随着全球对汽车电气化的推动，这都使得SiC成为2023年及以后值得关注的技术。