电动车高压化进程中，SiC MOSFET中高功率产品或成OBC未来主要趋势

发布时间：2023-02-07　　来源：立鼎产业研究网　点击量： 857　

800V高压平台对功率器件性能提出更高要求。由400V系统升高到800V系统后，对应的功率器件耐压水平则需提高至1200V左右。随着高耐压的IGBT阻抗升高，频率性能下降。在同等频率下，Si-IGBT器件的导通损耗、开关损耗都有显著的上升，如果在800V高压系统领域走硅IGBT技术路线的话，会出现成本上升但效能下降的问题。

SiC功率元器件更耐高温耐高压，或成高压平台最优选择：

SiC功率元器件具有优于Si功率元器件的性能，核心在于其禁带宽度是Si的三倍的三倍，使得SiC材料能耐受更高的温度和电压。其中，SiC击穿电场强度是Si的近10倍，使得相同耐压下SiC单位面积导通电阻更小，能有效提升开关效率。SiC更耐高温、更高耐压、更低导通电阻、可更高效率工作等优势，更适用高压高频的应用场景。

同为宽禁带的GaN功率器件有效耐压仅为650V。氮化镓的最大耐受电压一般不超过650V，原因是在硅或蓝宝石基底上生长的主要是横向氮化镓HEMT，仍然易受到表面击穿的影响。虽然高压GaN组件的商业化开发也正在进行中，但受制于制造工艺和材料特性，距离大规模应用还有一段距离。

SiC功率元器件性能优势

资料来源：泰科天润

SiC、Si、GaN功率器件性能比较

来源：Rohm

SiC适用于650V及以上高压平台、开关频率从中到高的大功率应用。硅在电压范围为25V-1.7kV仍是主流技术，适用于从低到高功率的应用；碳化硅适用的电压范围是650V-3.3kV，适用于开关频率从中到高的大功率应用；而GaN适用的电压范围是80V-650V，适用于开关频率最高的中等功率应用，主要应用场景为低压、小功率电源领域。

不同半导体功率器件应用场景

资料来源：Infineon

SiC与Si功率器件的耐压范围比较

来源：Rohm

经济效益来看，高压平台下 SiC MOSFET 具有更高效率、散热管理和功率密度的优势，具有更高效率、散热管理和功率密度的优势，带来整车综合成本下降。就更高效率而言，相对于 Si IGBT，SiC MOSFET 降低了开关关断时的损耗，降低整车能耗。400V 电压平台下，采用 SiC 可以提高 3%-5%效率，800V平台下总体效率提高 6%-8%，带来电池成本的节省。同时，SiC 导热性能三倍于 Si，高效散热也会带来冷却成本的降低；较高的功率密度，所以同等功率下，SiC 器件的体积可以显著小于 Si 模块，带来空间成本的减少。综合来看，数据显示搭载 SiC MOSFET 逆变器能为整车带来收益525-800 美元/辆。

SiC为每辆电动车带来的收益

资料来源：Rohm，Infineon等

高压化进程中，SiC MOSFET中高功率产品或成OBC未来主要趋势。

800V架构下，SiC方案的中高功率OBC较Si基方案有明显性能优势和系统成本优势。800V 架构需要将功率器件额定电压从 650V 转变成 1200V，对应 OBC 产品功率从3.3/6.6kW 提升至 11/22kW，这会进一步拉大 Si 和 SiC 之间的性能差距，同时降低两者之间的成本差异。

22kW SiC系统OBC可降低15%以上系统成本，提高2%系统效率，提高50%功率密度。这主要是由于 DC/DC 模块中有相对大量的栅极驱动和磁性元件。尽管相比单个Si 基功率器件，SiC 基功率器件的成本更高。但在系统中采用时，SiC 器件的性能可减少所需元件的数量，从而降低电路元件成本。除了成本节约之外，SiC 系统在 3kW/L 的功率密度下可实现 97%的峰值系统效率，而 Si OBC 仅可在 2kW/L 的功率密度下实现 95%的效率。这些优势使 SiC 系统节省的净寿命约 550 美元。