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碳化硅器件在汽車(chē)領(lǐng)域應用優(yōu)勢

文章出處：網(wǎng)責任編輯：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2018-10-31 13:58:00【大 中 小】

 在我國，機動(dòng)車(chē)污染已成為空氣污染的重要來(lái)源，是造成灰霾、光化學(xué)煙霧污染的重要原因，節能減排已成為汽車(chē)業(yè)發(fā)展的重大課題。因此，大力發(fā)展新能源汽車(chē)是實(shí)現節能減排，促進(jìn)我國汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展的戰略性措施。

來(lái)源：網(wǎng)通社

2014年5月，豐田官方發(fā)布信息，將在2020年推出一套全新采用碳化硅半導體技術(shù)的混動(dòng)系統。網(wǎng)通社從歐洲媒體GoAuto了解到：新一代普銳斯將率先搭載該套混動(dòng)系統，其油耗將相應降低10%，至3.33L。

目前，EV(純電動(dòng)汽車(chē))和HEV(混合動(dòng)力汽車(chē))的電力驅動(dòng)部分主要由硅(Si)基功率器件組成。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，對電力驅動(dòng)的小型化和輕量化提出了更高的要求。然而，由于材料限制，傳統Si基功率器件在許多方面已逼近甚至達到了其材料的本身極限，因此，各汽車(chē)廠(chǎng)商都對新一代碳化硅(SiC)功率器件寄予了厚望。

 

以碳化硅為代表的第三代半導體，與單晶硅和砷化鎵等傳統半導體材料相比，具有明顯的優(yōu)勢，如高熱導率、高擊穿場(chǎng)強、高飽和電子漂移速率、高鍵合能、高化學(xué)穩定性、抗輻射性強等，決定了碳化硅在諸多領(lǐng)域有著(zhù)不可替代的地位。主要如下：

01

SiC具有高熱導率(達到4.9W/cm•K)，是Si的3.3倍。因此，SiC材料散熱效果好，理論上，SiC功率器件可在 175℃結溫下工作，因此散熱器的體積可以顯著(zhù)減小，適合用來(lái)制作高溫器件。

02

SiC具有高的擊穿場(chǎng)強，其擊穿電場(chǎng)是Si的10倍，因而適用于高壓開(kāi)關(guān)，最大功率處理能力強，使得SiC材料適于制作大功率、大電流器件。

03

SiC具有高的飽和電子漂移速率，其數值是Si的2倍，在高場(chǎng)下幾乎不發(fā)生衰減，其高場(chǎng)處理能力強，因此，SiC材料適用于高頻器件。

 

SiC單晶在制備技術(shù)上也是第三代半導體材料中最成熟的。因此SiC是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一。

眾所周知，高功率密度、高壓、大電流IGBT功率模塊是逆變器里最核心的部件，它的功率密度越高，電力驅動(dòng)系統的設計則越緊湊，在相同體積下就能發(fā)揮更大功率。由于SiC器件電流密度高(如 Infineon 產(chǎn)品可達 700 A/cm2)，在相同功率等級下，全SiC功率模塊的封裝尺寸顯著(zhù)小于SiIGBT功率模塊，大大減小了功率模塊的體積。

另一方面，由于所有的功率轉換都由IGBT執行，所以器件本身沒(méi)有更多的空間來(lái)散熱，也不能通過(guò)增加風(fēng)扇等其他方式散熱，這就要求IGBT本身有很好的散熱功能。理論上，SiC功率器件可在175℃結溫下工作，因此散熱器的體積可以顯著(zhù)減小。

此外，與傳統硅IGBT相比，SiC器件的導通電阻較小導通損耗下降;特別是SiCSBDs，具有較小的反向恢復電流，開(kāi)關(guān)損耗大幅降低，大幅提高系統效率。

綜上所述，碳化硅器件在電動(dòng)汽車(chē)中的應用潛力巨大。SiC器件可以顯著(zhù)減小電力系統的體積、重量和成本。提高功率密度和系統效率。使其成為EV和HEV電力驅動(dòng)裝置中的理想器件，也將為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力驅動(dòng)系統帶來(lái)革命性的改變。

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