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碳化硅器件在汽車(chē)領(lǐng)域應用優(yōu)勢

文章出處:網(wǎng)責任編輯:作者:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2018-10-31 13:58:00【

 在我國,機動(dòng)車(chē)污染已成為空氣污染的重要來(lái)源,是造成灰霾、光化學(xué)煙霧污染的重要原因,節能減排已成為汽車(chē)業(yè)發(fā)展的重大課題。因此,大力發(fā)展新能源汽車(chē)是實(shí)現節能減排,促進(jìn)我國汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展的戰略性措施。

來(lái)源:網(wǎng)通社

2014年5月,豐田官方發(fā)布信息,將在2020年推出一套全新采用碳化硅半導體技術(shù)的混動(dòng)系統。網(wǎng)通社從歐洲媒體GoAuto了解到:新一代普銳斯將率先搭載該套混動(dòng)系統,其油耗將相應降低10%,至3.33L。

目前,EV(純電動(dòng)汽車(chē))和HEV(混合動(dòng)力汽車(chē))的電力驅動(dòng)部分主要由硅(Si)基功率器件組成。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展,對電力驅動(dòng)的小型化和輕量化提出了更高的要求。然而,由于材料限制,傳統Si基功率器件在許多方面已逼近甚至達到了其材料的本身極限,因此,各汽車(chē)廠(chǎng)商都對新一代碳化硅(SiC)功率器件寄予了厚望。

 

以碳化硅為代表的第三代半導體,與單晶硅和砷化鎵等傳統半導體材料相比,具有明顯的優(yōu)勢,如高熱導率、高擊穿場(chǎng)強、高飽和電子漂移速率、高鍵合能、高化學(xué)穩定性、抗輻射性強等,決定了碳化硅在諸多領(lǐng)域有著(zhù)不可替代的地位。主要如下:

01

SiC具有高熱導率(達到4.9W/cm•K),是Si的3.3倍。因此,SiC材料散熱效果好,理論上,SiC功率器件可在 175℃結溫下工作,因此散熱器的體積可以顯著(zhù)減小,適合用來(lái)制作高溫器件。

02

SiC具有高的擊穿場(chǎng)強,其擊穿電場(chǎng)是Si的10倍,因而適用于高壓開(kāi)關(guān),最大功率處理能力強,使得SiC材料適于制作大功率、大電流器件。

03

SiC具有高的飽和電子漂移速率,其數值是Si的2倍,在高場(chǎng)下幾乎不發(fā)生衰減,其高場(chǎng)處理能力強,因此,SiC材料適用于高頻器件。

 

SiC單晶在制備技術(shù)上也是第三代半導體材料中最成熟的。因此SiC是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一。

眾所周知,高功率密度、高壓、大電流IGBT功率模塊是逆變器里最核心的部件,它的功率密度越高,電力驅動(dòng)系統的設計則越緊湊,在相同體積下就能發(fā)揮更大功率。由于SiC器件電流密度高(如 Infineon 產(chǎn)品可達 700 A/cm2),在相同功率等級下,全SiC功率模塊的封裝尺寸顯著(zhù)小于SiIGBT功率模塊,大大減小了功率模塊的體積。

另一方面,由于所有的功率轉換都由IGBT執行,所以器件本身沒(méi)有更多的空間來(lái)散熱,也不能通過(guò)增加風(fēng)扇等其他方式散熱,這就要求IGBT本身有很好的散熱功能。理論上,SiC功率器件可在175℃結溫下工作,因此散熱器的體積可以顯著(zhù)減小。

此外,與傳統硅IGBT相比,SiC器件的導通電阻較小導通損耗下降;特別是SiCSBDs,具有較小的反向恢復電流,開(kāi)關(guān)損耗大幅降低,大幅提高系統效率。

綜上所述,碳化硅器件在電動(dòng)汽車(chē)中的應用潛力巨大。SiC器件可以顯著(zhù)減小電力系統的體積、重量和成本。提高功率密度和系統效率。使其成為EV和HEV電力驅動(dòng)裝置中的理想器件,也將為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力驅動(dòng)系統帶來(lái)革命性的改變。

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