主页 > 行业新闻 > >> 碳化硅是新能源汽车能效提升的关键要素

  (GaN)快速充电器引爆了第三代半导体概念。实际上,除了在消费电子领域备受期待的氮化镓之外,第三代半导体的另一个重要产品碳化硅(SiC)有着更为广阔的应用空间。受益于新能源汽车行业的快速发展,氮化镓产品应用即将迎来大爆发。

  近日,国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(以下简称《规划》)。“目前中国新能源汽车总保有量为全球第一,动力电池出货量也是全球第一。”在中国汽车工业协会副秘书长许艳华看来,中国会尽力保持目前在电动汽车领域形成的领先优势。

  许艳华表示,目前我国新能源汽车新车销售量占比为5%左右,从《规划》来看,2025年新能源汽车新车销售量占比将达到20%。预计2035年纯电动汽车将成为新销售车辆主流,公共领域用车将实现全面电动化,届时我国的新能源汽车保有量将超过1亿辆。

  在中国新能源汽车产业快速发展的同时,世界各国也在加大力度奋起直追。“我国新能源汽车产业规模连续5年居全球首位,2019年中国新能源汽车销量占全球市场销量的53%。”汽车教育部工程研究中心首席科学家、哈尔滨理工大学教授蔡蔚表示,“但是从今年1~7月份的数据来看,这一占比已经大幅下降至39%。这是因为今年以来,德国、法国、英国等欧洲国家的新能源汽车销量保持着70%以上的同比增幅。”

  综观全球,汽车的电动化趋势已经不可逆转。许艳华表示,在欧洲,严苛的碳排放法规正推动欧洲汽车业加快电动化脚步。在政策支持力度加大与产业化布局加快的背景下,欧洲电动汽车销量显著增加,正在快速缩小和中国市场的销量差距。

  许艳华进一步指出,在奥巴马时代,美国电动汽车曾引领全球发展。拜登执政后,美国大概率会重返《巴黎协定》,因此大力发展新能源汽车以减少碳排放量,将成为拜登执政期间与美国后疫情时代振兴经济的重要举措。

  电驱动系统可以说是新能源汽车的“心脏”。在蔡蔚看来,电驱动核心零部件强,新能源汽车产业则强;功率半导体产业链强,电机控制器则更有竞争力。

  蔡蔚指出,碳化硅功率半导体属于第三代宽禁带半导体的一种,具有高饱和电子速度、高导热率、高电子密度、高迁移率等特点。碳化硅器件具备的耐高温、高效、高频特性,正是推动电机控制器功率密度和效率进一步提升的关键要素。

  “利用好碳化硅器件的耐高温、高频和高效特性,是实现新能源汽车电机控制器功率密度和效率提升的重要途径。”中科院电工研究所主任研究员温旭辉的观点与蔡蔚不谋而合。

  小鹏汽车动力总成中心IPU硬件高级专家陈宏认为,碳化硅技术的应用与整车续航里程的提升有着紧密的联系。他表示,功率半导体在新能源汽车中的应用十分广泛,应用领域包括车载充电机、空调逆变器、直流直流转换器及附属电气设备等。相比硅基IGBT(绝缘栅双极型晶体管)功率半导体,第三代半导体碳化硅MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)具有耐高温、低功耗及耐高压等特点。采用碳化硅技术后,电机逆变器效率能够提升约4%,整车续航里程将增加约7%。

  江苏宏微科技股份有限公司董事长赵善麟则将新能源汽车称为“第三代半导体的最佳应用场景”。在他看来,新能源汽车有望把第三代半导体的性能发挥到极致。

  经过多年的发展,我国在新能源汽车的驱动电机领域取得了长足进步。据蔡蔚介绍,从国内外硅基IGBT功率半导体控制器的各项关键技术指标来看,国内产品在功率密度、效率等方面与国际同类产品水平相当。2019年,我国90%以上的新能源汽车采用了自主驱动电机,并实现了批量出口。

  然而,在车用功率半导体这一第三代半导体新赛道上,目前我国还处于下风。蔡蔚表示,若想用好碳化硅,国内还需要面临一系列技术上的挑战。比如,要想发挥其耐高温优势,就需要采用高结温模块设计,这种设计方式则要求使用耐高温、具备高可靠性的封装材料。

  他指出,国内碳化硅自主芯片和自主材料正处于发展阶段,但仍与国外先进技术和产品有明显差距。目前,中科院电工所、中车、上海电驱动公司等国内单位正致力于碳化硅控制器的研发,并取得了可喜进展。但遗憾的是,目前量产的搭载碳化硅技术的新能源汽车中,尚未看到国内产品的身影。

  陈宏表示,虽然第三代功率半导体有诸多优点,但在国内市场与技术发展等方面也面临诸多挑战,如器件成本高、良率低、高频信号干扰比硅基IGBT大、制造与封装难度大等。碳化硅半导体技术对功率模块的封装要求更高,因此该技术正朝着耐高温、高功率密度、低杂散电感、高可靠性封装路线发展。

  温旭辉也表示,虽然车用碳化硅控制器功率密度大幅提升、损耗明显下降,但快速开关带来的电磁干扰问题同样突出,因此宽频域电磁干扰预测及高密度电磁干扰滤波是今后的行业研究重点之一。

  “碳化硅器件的价格目前还很高。”上海电驱动股份有限公司副总经理张舟云表示,“但随着碳化硅产品在特斯拉Model 3和比亚迪‘汉’上的批量应用,其后续应用进程肯定会加快。2~3年后,我们会在市场上看到越来越多应用碳化硅产品的新能源汽车。”

  新能源汽车和第三代半导体产业共生共赢。蔡蔚呼吁,第三代功率半导体材料、芯片和封装方面的供应商需要紧急行动起来,尽快把开发和产业化水平提升上去,以提高下一代国产功率半导体的全球竞争力。

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  86 MiniGate™是一款先进的CMOS高速2输入异或门,占用空间极小。器件输入与TTL型输入阈值兼容,输出具有完整的5.0 V CMOS电平输出摆幅。无论电源电压如何,当施加高达7.0伏的电压时,NLU1GT86输入和输出结构都能提供保护。 特性 高速:t PD = 3.1 ns(典型值)V CC = 5.0 V 低功耗:I CC =1μA(Max),TA = 25°C TTL兼容输入:V IL = 0.8 V; V IH = 2.0 V 输入时提供断电保护 平衡传播延迟 超小无铅封装 应用 ASIC FixesSimplified PCB RoutingGlue LogicSystem IntegrationVoltage Translation 电路图、引脚图和封装图...

  6 MiniGate™是一款先进的高速CMOS 2输入异或门,占用空间极小。无论电源电压如何,当施加高达7.0伏的电压时,NLU1G86输入和输出结构都能提供保护。 特性 高速:t PD = 3.5 ns(典型值)VCC = 5.0 V 低功耗:I CC =1μA(Max),TA = 25°C 断电保护提供输入 平衡传播延迟 过压容差(OVT)输入和输出引脚 超小Pb免费套餐 应用 ASIC FixesSimplified PCB RoutingGlue LogicSystem IntegrationVoltage Translation 电路图、引脚图和封装图...

  2 MiniGate™是一款先进的高速CMOS 2输入或门,占用空间极小。无论电源电压如何,当施加高达7.0伏的电压时,NLU1G32输入和输出结构都能提供保护。 特性 高速:t PD = 3.7 ns(典型值)VCC = 5.0 V 低功耗:I CC =1μA(Max),TA = 25°C 断电保护提供输入 输入时提供断电保护 过压容差(OVT)输入和输出引脚 超小型无铅封装 应用 ASIC FixesSimplified PCB RoutingGlue LogicSystem IntegrationVoltage Translation 电路图、引脚图和封装图...

  78A是一款4位可配置双电源双向自动感应转换器,不需要方向控制引脚。 V CC I / O和V L I / O端口设计用于跟踪两个不同的电源轨,V CC 和V L 。 V CC 电源轨可配置为1.65V至5.5V,而V L 电源轨可配置为1.65V至5.5V。这允许V L 侧的电压逻辑信号在V CC 侧转换为更低,更高或相等值的电压逻辑信号,反之亦然。 NLSX4378A转换器在I / O线K欧姆上拉电阻。集成的上拉电阻用于将I / O线上拉至V L 或V CC 。 NLSX4378非常适合开漏应用,例如I 2 C通信总线。 特性 优势 宽VCC工作范围:1.65V至5.5V 宽VL工作范围:1.65V至5.5V 允许连接多个电压系统 高速,24 Mb / s保证数据速率 最大限度地减少系统延迟 低位偏移 适合差异信号传输 小型包装 - 2.02 x 1.54mm uBump12 节省物理空间解决方案 应用 终端产 I2C,SMBus,PMBus 低压ASIC级别转换 手机,PDA,相机 电路图、引脚图和封装图...

  01是一款1位可配置双电源双向自适应传感转换器,不需要方向控制引脚.I / O VCC和I / O VL端口分别用于跟踪两个不同的电源轨,VCC和VL 。 VCC和VLsupply轨道均可配置为1.5 V至5.5 V.这样,VL侧的电压逻辑信号可在VCC侧转换为更低,更高的等值电压逻辑信号,反之亦然.NLSX4401转换器已集成I / O线 k上拉电阻。集成的上拉电阻用于将I / O线上拉至VL或VCC。 NLSX4401非常适合开放式应用,如I2C通信总线。 特性 VL可以小于,大于或等于VCC 宽VCC工作范围:1.5 V至5.5 V 宽VL工作范围:1.5 V至5.5 V 高速,24 Mb / s保证日期速率 低位偏斜 启用输入和I / O引脚是过压容差(OVT)以使能输入和I / O引脚是过压容差(OVT)至5.5 V 非优先通电排序 断电保护 应用 终端产品 I2C,SMBus,PMBus 低压ASIC级别转换 手机,相机,消费品 电路图、引脚图和封装图...

  125 MiniGate™是一款先进的CMOS高速非反相缓冲器,占用空间极小。 NLU1GT125要求将3状态控制输入()设置为高,以将输出置于高阻态。器件输入与TTL型输入阈值兼容,输出具有完整的5.0 V CMOS电平输出摆幅。无论电源电压如何,当施加高达7.0伏的电压时,NLU1GT125输入和输出结构都能提供保护。 特性 高速:t PD = 3.8 ns(典型值)V CC = 5.0 V 低功耗:I CC =1μA(Max),TA = 25°C TTL兼容输入:V IL = 0.8 V; V IH = 2.0 V 输入时提供断电保护 平衡传播延迟 超小无铅封装 应用 ASIC FixesSimplified PCB RoutingGlue LogicSystem IntegrationVoltage Translation 电路图、引脚图和封装图...

  FSA839 低压 带关断隔功能的0.8Ω单刀双掷(SPDT)模拟开关

  是高性能的单刀双掷(SPDT)模拟开关,用于由低电压(1.8V)基带处理器或ASIC驱动的音频应用。该器件在V CC = 4.5 V时具有0.8Ω(最大值)的超低R ON ,可在1.65V到5.5V的宽V CC 范围内工作。该器件采用亚微米CMOS FSA839在低电压ASIC和常规的音频放大器之间连接,CODEC在高达5.5V的工作电压范围内运行。控制电路允许控制引脚(Sel)上提供1.8V(典型值)信号。 应用 多媒体平板电脑 存储和外设 手机 WLAN网卡和宽带接入 PMP / MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...

  NXH240B120H3Q1 功率集成模块(PIM)3通道1200 V IGBT + SiC升压 80 A IGBT和20 A SiC二极管

  B120H3Q1PG是一款3通道1200 V IGBT + SiC Boost模块。每个通道包括一个快速开关80 A IGBT,一个20 A SiC二极管,一个旁路二极管和一个IGBT保护二极管。该模块具有内置热敏电阻并具有压配销。 特性 优势 1200 V快速开关IGBT 降低IGBT的开关损耗可实现更高的fsw和更紧凑的设计 1200 SiC二极管 降低二极管的开关损耗可实现更高的fsw和更紧凑的设计 低Vf旁路二极管 提高旁路模式的效率 压合销 无焊接安装 应用 终端产品 太阳能逆变器升压阶段 分散式公用事业规模太阳能逆变器 商业串式逆变器 电路图、引脚图和封装图...

  NXH80B120H2Q0 功率集成模块 双升压 1200 V 40 A IGBT + 1200 V 15 A SiC二极管

  120H2Q0SG是一款功率集成模块(PIM),包含一个双升压级,由两个40A / 1200V IGBT,两个15A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 2.2 V,ESW = 2180 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.4 V 用于高速切换的SiC二极管 可焊接引脚 轻松安装 双升压40 A / 1200 V IGBT + SiC整流器混合模块 热敏电阻 应用 终端产品 太阳能逆变器升压阶段 太阳能逆变器 UPS 电路图、引脚图和封装图...

  NXH100B120H3Q0 功率集成模块 双升压 1200 V 50 A IGBT + 1200 V 20 A SiC二极管

  B120H3Q0是一款功率集成模块(PIM),包含一个双升压级,由两个50A / 1200V IGBT,两个20A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 1.77 V,ESW = 2200 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.44 V 用于高速开关的SiC二极管 焊针和压合销选项 灵活安装 应用 终端产品 MPPT提升阶段 Bat tery Charger Boost Stage 太阳能逆变器 储能系统 电路图、引脚图和封装图...

  一种快速,可靠的的安装方式。 特性 高效率 低传导损耗和开关损耗 高速场截止IGBT SiC SBD用作升压二极管 内置NTC可实现温度监控 电路图、引脚图和封装图

  NCP566 LDO稳压器 1.5 A 超高PSRR 具有快速瞬态响应

  低压差(LDO)线性稳压器将在固定输出电压下提供1.5 A电流。快速环路响应和低压差使该稳压器非常适用于低电压和良好负载瞬态响应非常重要的应用。器件保护包括电流限制,短路保护和热关断。 NCP566采用SOT-223封装。 特性 超快速瞬态响应(

  NCP3284 4.5V至18V 30A高效率 DC / DC转换器 采用耐热增强型5mm x 6mm封装

  4是一款30A POL,适用于在小型电路板占板面积内要求高效率的应用。该器件将DC / DC控制器与两个高效mosfet集成在一个采用热增强型5mm x 6mm QFN封装的信号中。它采用获得专利的增强型斜坡脉冲调制控制架构,可提供超快的负载瞬变,从而减少外部电容和/或提供更好的瞬态容差。与传统的恒定时间控制器相比,新架构还改进了负载调节。 特性 优势 效率高 减少电力损失 快速装载瞬态 减少输出电容的数量 频率选择 优化效率和输出滤波器尺寸的权衡 0.6%准确参考 允许非常精确的输出电压 远程感知 提供准确的输出电压 启用输入和电力良好指标 二手用于控制排序 可调节电流限制 低电流设计的灵活性 可调节软启动 允许控制开启坡道 热增强型QFN封装 改善散热 指定-40C至125C 应用 终端产品 服务器 网络 电信 ASICs servere 存储 网络 电路图、引脚图和封装图...

  3是一款20A降压转换器(内置MOSFET),工作电压范围为3V至21V,无需外部偏置。该固定式变频器具有高效率,可调节输出以提供低至0.6V的电压。可调电流限制允许器件用于多个电流水平。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,高效电压模式同步降压转换器,工作电压为3 V至21 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围为3V至21V 允许同一器件用于3.3V,5V和12V母线MHz开关频率 用户可选择的选项,允许在效率和解决方案尺寸之间进行优化权衡 无损耗低侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 低压输出以适应低压核心 外部可编程软启动 降低浪涌电流并防止启动时出现无根据的过电流 预偏置启动 防止反向电流流动 所有故障的打嗝模式操作 如果故障情况消除,则允许重新启动 可调输出电压 灵活性 可调节电流限制 优化过流条件。允许较低饱和电流的较小电感器用于较低电流应用 输出过压保护和欠压电压保护 应用 终端产品 高电流POL应用 AS...

  1A是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出o电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...

  1B是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 1MHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出ove r电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...

  1是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低 - 侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出过压保护和欠压保护 使用热敏电阻或传感器进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电力良好输出 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...

  2是一款低输入电压,6 A同步降压转换器,集成了30mΩ高侧和低侧MOSFET。 NCP1592专为空间敏感和高效应用而设计。主要特性包括:高性能电压误差放大器,欠压锁定电路,防止启动直到输入电压达到3 V,内部或外部可编程软启动电路,以限制浪涌电流,以及电源良好的输出监控信号。 NCP1592采用耐热增强型28引脚TSSOP封装。 特性 30mΩ,12 A峰值MOSFET开关,可在6 A连续输出源或接收器处实现高效率电流 可调节输出电压低至0.891 V,准确度为1.0% 宽PWM频率:固定350 kHz,550 kHz或可调280 kHz至700 kHz 应用 终端产品 低压,高密度分布式电源系统 FPGA 微处理器 ASICs 便携式计算机/笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...

  NCP3230 DC / DC转换器 4.5 V至18 V 30 A.

  C转换器采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,可提供高达30 A的电流。 特性 优势 效率高 降低功耗并减少散热问题 4.5 V至18 V输入范围 允许使用5 V或12 V母线进行操作 综合mosfets 简化设计并提高可靠性 可调节软启动时序,输出电压 设计灵活性 过压,欠压和过流保护 安全启动到预偏置输出 应用 终端产品 高电流POL应用 为asics,fpga和DSP供电 基站 服务器和存储 网络 电路图、引脚图和封装图...

  NCP3235 4.5 V至21 V 集成MOSFET的DC / DC转换器

  5是一款带内部MOSFET的15 A DC / DC转换器,设计灵活。该器件可提供低至0.6V至输入电压80%以上的可调输出电压。功能包括可调电流限制,输出电压和软启动时序。引脚可选功能可实现550 kHz或1 MHz的开关频率,选择DCM / CCM工作模式,以及在过流期间锁定或打嗝模式的能力。该器件可配置为在超声模式下工作,以避开音频带。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm TQFN封装。 特性 优势 准确0.6 V参考 可调输出以设置所需电压低至0.6 V DCM / CCM可选择选项 在不连续模式下操作以在轻负载下提高效率 550kHz / 1.1MHz开关频率 选择更高效率或更小输出滤波器的设计灵活性 超声波模式 保持电容器不发出声音 热增强型QFN封装 3个裸露焊盘散布更高 4.5 V至21 V的宽工作范围 允许跨多个应用程序使用 可调软启动 允许在通电期间平稳上升 应用 终端产品 计算/服务器 数据通信/网络 FGPA,ASIC,DSP电源 12 V负载点 桌面 服务器 网络 电路图、引脚图和封装图...