真正实现碳化硅的汽车资质

通过不同属性的结合，碳化硅（SiC）已成为电动汽车（EV）领域首屈一指的半导体技术，其器件的性能优于基于传统硅（Si）的器件。其优点包括更高的额定电压、卓越的功率转换效率水平以及应对高温的能力。

车载充电器 （OBC）、DC-DC 转换器和牵引逆变器都受益于 SiC，正在进行的工艺和架构改进肯定会增加其已经相当可观的吸引力。这种增强将扩大这种宽带隙材料工作参数的范围，并进一步减轻所经历的功率损耗。与此同时，更大的产量所允许的规模经济将意味着它可以达到更具吸引力的价格点。

在电动汽车环境中使用 SiC

简要介绍一下，以下是现在影响电动汽车行业的一些动态。每一项都应得到适当考虑。

1. 需要更快速的充电周期 – 正因为如此，电动汽车工程团队正在寻求部署可以在更高电压下工作的 OBC。已经引入了可以适应这些电压的SiC器件。通常可用的 650V 额定电压器件并不总是足够的，需要更高的额定电压半导体来适应更高的电池电压。同时，与使用额定电压为900V或1200V的设备相关的成本溢价将难以证明是合理的。提供一定程度的电压升高，但又不会过多增加所涉及的费用的解决方案将是最适合这里的。

2. 需要支持更高的工作频率 – 为了更快地切换，必须将开关损耗降至最低。否则，效率水平将降低，热管理机制将需要更多的空间（这将增加整体尺寸，重量和成本，因此需要避免）。

3. 大幅降低运营损失 – 通过这样做，将扩大电动汽车在需要充电之前可以覆盖的范围。将其用于EV电池的小型化同样有效。对于汽车制造商来说，两者都是有趣的前景。

4. 成本考虑 – 加速从内燃机汽车向电动汽车过渡的另一个重要因素是制造商减少消费者在购买这些车辆时必须进行的投资的能力。如果要做到这一点，那么必须控制与各个组件相关的成本（逆变器元件在总费用中占特别大的比例）。

认识到这些动态的本质，以及需要找到可行解决方案的紧迫性，被证明是推动UnitedSiC开发其第四代（第4代）SiC技术的关键。表 1 显示了对其他供应商提供的 SiC 技术所做的规格改进。这里将新的 750V 额定 UJ4C075018K4S 碳化硅场效应管与三种替代的 650V 碳化硅 MOSFET 以及一个硅基超结 FET 器件进行了比较。尽管第 4 代 SiC FET 的额定电压明显更高，但该技术的单位面积导通电阻比其他 SiC MOSFET 好两到三倍，比 Si FET 选项好一个数量级以上。这意味着可以在更小的格式封装中实现可比的性能。

表 1：UnitedSiC 第 4 代 SiC FET 与 Si 超结和 SiC 竞争器件的比较

单位面积超低导通电阻的原因是SiC FET中采用了高密度沟槽SiC JFET结构。它与低压硅MOSFET共同封装。SiC JFET 的面积减小意味着对于给定的芯片尺寸，导通电阻将非常低（图 1）。相反，可以使用具有较低电容的较小FET，同时保持在可接受的导通电阻。

图 1：额定电压为 750V 的 UnitedSiC 第 4 代 SiC FET 与竞争对手的 650V 额定 FET 之间的单位面积导通电阻比较

为了降低电阻和热阻值（并控制相关损耗），SiC基板已大大减薄。为了保持结构完整性，变薄的基板通过银（Ag）烧结材料（其导热性是标准焊接材料的六倍）连接到铜（Cu）引线框架上。

UnitedSiC 第 4 代 SiC 技术的其他优势包括大幅降低相关的栅极驱动损耗 - 与表 4 中引用的其他器件相比。这意味着开关速度可以达到三倍，而不会有栅极驱动IC过热的风险。在那里，我不需要负栅极驱动。得益于低正向压降（V消防处）和最低的反向恢复费用（QRR），上级VF.QRR展出品质因数（FoM）。这是目前市场上任何设备所能提供的都无法比拟的。

SiC已经在提高电动汽车传动系统和电池系统的效率，从而达到远远超出硅半导体技术范围的性能基准。下一代SiC技术的出现将进一步肯定其在未来几年全球电动汽车更广泛扩散中的价值。

审核编辑：郭婷