如何保障下一代碳化硅（SiC）器件的供需平衡？

在不断发展的汽车、可再生能源和工业应用中，工程师将能够借助 SiC 器件的特性，解决功率密度和散热方面的诸多挑战。凭借 1700V 系列 SiC MOSFET 和二极管，安森美满足了市场对具有更高击穿电压的器件的需求。此外，安森美还为新兴的太阳能、固态变压器和固态断路器应用开发了 2000V SiC MOSFET 技术。

在工业、汽车和可再生能源应用中，基于宽禁带 (WBG) 技术的组件，比如 SiC，对提高能效至关重要。在本文中，安森美 (onsemi) 思考下一代 SiC 器件将如何发展，从而实现更高的能效和更小的尺寸，并讨论对于转用 SiC 技术的公司而言，建立稳健的供应链为何至关重要。

在广泛的工业系统（如电动汽车充电基础设施）和可再生能源系统（如太阳能光伏 (PV)）应用中，MOSFET 技术、分立式封装和功率模块的进步有助于提高能效并降低成本。然而，平衡成本和性能对于设计人员来说是一项持续的挑战，必须在不增加太阳能逆变器的尺寸或散热成本的情况下，实现更高的功率。实现这一平衡非常有必要，因为降低充电成本将是提高电动汽车普及率的关键推动因素。

汽车的能效与车载电子器件的尺寸、重量和成本息息相关，这些都会影响车辆的行驶里程。在电动/混动汽车中使用 SiC 取代 IGBT 功率模块可显著改进性能，尤其是在主驱逆变器中，因为这有助于显著提高车辆的整体能效。轻型乘用车主要在低负载条件下工作，在低负载下，SiC 的能效优势比 IGBT 更加明显。车载充电器 (OBC) 的尺寸和重量也会影响车辆行驶里程。因此，OBC 必须设计得尽可能小，而 WBG 器件具有较高的开关频率，在这方面发挥着至关重要的作用。

SiC 技术的优势

为了最大限度减少电源转换损耗，需要使用具有出色品质因数的半导体功率开关。电源应用中使用的硅基半导体器件（IGBT、MOSFET 和二极管）的性能改进，加上电源转换拓扑方面的创新，使能效大幅提升。然而，由于硅基半导体器件已接近其理论极限，在新应用中它们正逐渐被 SiC 和氮化镓 (GaN) 等宽禁带 (WBG) 半导体取代。

图 1：多种应用可从 SiC 器件的特性中受益

工业能源基础设施汽车电动汽车能量存储EV 充电EV DC-DC车载充电器主驱逆变器太阳能解决方案对更高性能、更大功率密度和更优性能的需求不断挑战着 SiC 的极限。得益于宽禁带特性，SiC 能够承受比硅更高的电压（1700V 至 2000V）。同时，SiC 本身还具有更高的电子迁移率和饱和速度。因此，它能够在明显更高的频率和结温下工作，对电源应用而言非常理想。此外，SiC 器件的开关损耗相对更低，这有助于降低无源组件的尺寸、重量和成本。