碳化硅微粉功率器件為何成為新能源汽車的喜愛
1. 高功率密度,降低功率模塊體積
由于碳化硅器件與硅器件相比,有更高的電流密度。在相同功率等級下,碳化硅功率模塊的體積顯著小于硅基IGBT模塊。技術(shù)人員在一場演講會上公開表達了對SiC的期待,他所強調(diào)的碳化硅功率器件的優(yōu)點之一就是能實現(xiàn)功率模塊的小型化。以IPM為例,估計利用碳化硅功率模塊,體積可縮小至硅功率模塊的2/3-1/3。
2. 低功率損耗,提高系統(tǒng)效率或工作頻率
提高能源利用效率對許多廠商來說是令人頭疼的難題。而碳化硅器件具有大幅提高設(shè)備的能源利用效率的特質(zhì)。碳化硅功率模塊與采用硅基IGBT的功率模塊相比,可將開關(guān)損失降低85%(如圖二所示)。
另外,可實現(xiàn)100kHz以上的高速開關(guān),開關(guān)頻率可高達硅基IGBT模塊的10倍以上。提高開關(guān)頻率將顯著的減小電感器、電容器等周邊部件的體積和成本。
3. 良好的高溫穩(wěn)定性,顯著減小散熱器體積和成本
由于
碳化硅微粉器件的能量損耗只有硅器件的一半,發(fā)熱量也只有硅器件的一半;另外,碳化硅器件還有非常優(yōu)異高溫穩(wěn)定性,因此,散熱處理也更加容易進行,不但散熱器可以顯著減小,還可以實現(xiàn)逆變器與馬達的一體化。
圖3 為采用SiC SBDs的小功率EV 車載逆變器散熱片體積和采用傳統(tǒng)Si基半導體器件散熱片體積的對比,可看出,采用SiC SBDs 器件散熱片的體積大大減小[3]。
目前電動汽車一般包含兩套水冷系統(tǒng),一套是馬達冷卻系統(tǒng),另一套是逆變器等電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)。通過采用碳化硅器件實現(xiàn)逆變器、馬達一體化不但可以縮短逆變器與馬達之間的布線距離,還能整合以往逆變器和馬達需要分別配置的水冷卻系統(tǒng),重量和體積大為降低。
基于上述原因,SiC器件也被美寓為“重環(huán)保時代的關(guān)鍵元件”。SiC功率半導體已成為節(jié)能、高效、環(huán)保的代名詞。為此,汽車業(yè)界對SiC的期待十分迫切,汽車表示“SiC具有與汽油發(fā)動機同等的重要性”。