在全球汽車電動化的浪潮中,續(xù)航里程和充電速度一直以來都是新能源汽車行業(yè)老生常談的困難。那么想要解決這兩大難題,一個是提高電池續(xù)航能力,一個是提高充電速度。
采用大電流直流快充方案時,大電流會導致充電槍、汽車電池、線纜等汽車核心部件產(chǎn)生很高的熱損耗,且提升的效率有限。那么高壓快充方案是被大多數(shù)汽車企業(yè)采用的方案。理想狀態(tài)下:電流保持不變,電功率會隨著電壓的增加而增加。那么回歸現(xiàn)實,即便是存在部分損耗,但是電功率仍會隨著電壓的增加而增加,充電速度也會提升,并且可以有效地降低發(fā)熱現(xiàn)象。
目前,800V高壓快充平臺已經(jīng)開始成為主流新能源車企的共識。800V高壓快充平臺的優(yōu)勢體現(xiàn)在同等功率、電流減半。 2019年,保時捷推出純電超跑,將400V電壓平臺提升到800V。2022年,極狐阿爾法、小鵬等部分車型逐漸加入到800V高壓快充平臺中來,2023年加入到800V高壓平臺的汽車車型也越來越多。
在新能源汽車市場大力推進適應高壓快充技術(shù)的高壓平臺上,碳化硅功率器件是關(guān)鍵的一部分。碳化硅MOSFET逐漸取代傳統(tǒng)硅基IGBT,成為必然趨勢。碳化硅是半導體材料第三代的產(chǎn)物,碳化硅這種優(yōu)異性能的材料,在電源系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。
碳化硅具有優(yōu)異的導熱性能、具有較高的耐壓性能,與傳統(tǒng)的硅基材料相比,具有高電壓、大電流、高溫、低損耗等獨特的優(yōu)勢。由于碳化硅的高硬度、高熔點、化學穩(wěn)定等優(yōu)點,在多個領域都有廣泛的應用。
(1)新能源汽車:主要應用于新能源車的電驅(qū)電控系統(tǒng),碳化硅功率器件可以提供更高的功率密度和效率,從而提高電池續(xù)航里程和減少能源消耗。
(2)電力電子領域:碳化硅功率器件在電力電子領域的應用也非常廣泛,包括電機驅(qū)動、太陽能逆變器、風能轉(zhuǎn)換器、高速列車等。碳化硅基碳化硅器件主要應用領域有電動汽車/充電樁、光伏新能源等。
(3)光伏發(fā)電:光伏逆變器龍頭企業(yè)已采用碳化硅 MOSFET 功率器件替代硅器件。根據(jù)中商情報網(wǎng)數(shù)據(jù),使用碳化硅功率器件可使轉(zhuǎn)換效率從 96%提高至 99%以上,能量損耗降低 50%以上,設備循環(huán)壽命提升50倍,從而帶來成本低、效能高的好處。
(4)化工領域:具有良好的耐高溫、耐磨損、耐酸堿性,可以作為耐腐蝕設備、油氣管道和化工反應器等材料。
(5)射頻器件:射頻器件是在無線通信領域負責信號轉(zhuǎn)換的部件,如功率放大器、射頻開關(guān)、濾波器、低噪聲放大器等。相較于傳統(tǒng)的硅基 LDMOS 器件,其可以更好地適應 5G 通信基站、雷達應用等領域低能耗、高效率要求。
總的來說,隨著應用需求的不斷增長和工藝技術(shù)的逐步成熟,碳化硅將成為半導體產(chǎn)業(yè)的新風口。碳化硅功率器件具有許多優(yōu)勢和廣泛的應用前景,是未來功率半導體器件的重要發(fā)展方向。碳化硅行業(yè)是一個巨大的增量市場,尤其是隨著新能源汽車等領域的快速發(fā)展,在推進適應高壓快充技術(shù)的高壓平臺的進程中,對碳化硅的需求會逐漸增加。
相關(guān)芯片推薦如下:
HPM6200是先楫半導體針對新能源、儲能、高性能控制等應用市場推出的全新一代RISC-V內(nèi)核芯片,HPM6200 100ps的高分辨率PWM、16bit ADC以及可編程邏輯陣列PLA,可以為新型的電源系統(tǒng)建設帶來諸多可能。其中,100ps高精度PWM可以提高電源變換器的效率、功率密度及性價比;可單芯片實現(xiàn)多種電源拓撲和單芯片實現(xiàn)多軸電機控制;16位ADC可提高電流、電壓等信號的采樣精度;PLA可實現(xiàn)豐富、多邏輯的保護,并能獨立于CPU運行,大大提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。