800V 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)越來(lái)越得到汽車(chē)制造商和供應(yīng)商的青睞，因?yàn)樗梢詼p輕電動(dòng)汽車(chē) (EV) 的重量，實(shí)現(xiàn)更快的充電，并確保更長(zhǎng)的行駛里程。而碳化硅 (SiC) 半導(dǎo)體則因此被推向潮頭，廣泛用于電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)和其他將功率密度、能效和可靠性作為關(guān)鍵設(shè)計(jì)考量因素的應(yīng)用當(dāng)中。

在電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)構(gòu)建塊中，采用碳化硅越來(lái)越流行，這些構(gòu)建塊包括牽引逆變器、車(chē)載充電器 (OBC) 和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等。而在工業(yè)領(lǐng)域，碳化硅組件則越來(lái)越多地被用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、可再生能源轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)系統(tǒng)，以及電信和數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)。

圖1：碳化硅的高頻性能使電源系統(tǒng)可采用更小的無(wú)源元器件。(來(lái)源：意法半導(dǎo)體)

鑒于碳化硅在電動(dòng)汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)中的潛力，意法半導(dǎo)體近日推出了第三代STPOWER SiC MOSFET，同時(shí)宣稱(chēng)其大多數(shù)衍生產(chǎn)品均已具備商用成熟度。據(jù)意法半導(dǎo)體Automotive & Discrete Group部門(mén)副總裁Edoardo Merli稱(chēng)，該公司的碳化硅目標(biāo)是，2024年收入達(dá)到10億美元。

第三代碳化硅技術(shù)的出現(xiàn)意味著，標(biāo)稱(chēng)額定電壓從650V、750V直到1200V的碳化硅器件現(xiàn)在已經(jīng)可用。設(shè)計(jì)工程師將能夠在更廣泛的應(yīng)用中采用這種技術(shù)，從普通的交流線路電壓，到高壓電動(dòng)汽車(chē)電池和充電器。其中，SCT040H65G3A作為首批SiC器件之一，是一款工作電壓為750V的功率MOSFET，售價(jià)僅為5美元。

超越SiC MOSFET

SiC MOSFET具有更高的額定電壓，可應(yīng)用于功率模塊和參考設(shè)計(jì)。例如，美國(guó)微芯科技公司(Microchip)將與電源管理解決方案提供商Mersen公司合作，為電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能應(yīng)用提供150千伏安(kVA)的三相SiC電源堆棧參考設(shè)計(jì)。該參考設(shè)計(jì)在單堆棧參考設(shè)計(jì)中集成了微芯的SiC電源模塊、數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器以及Mersen的母線、熔斷器和電容器。

圖2：SiC功率?？蓪⑸鲜袝r(shí)間縮短最高達(dá)六個(gè)月。(來(lái)源：微芯科技)

其電源模塊采用1,200V MSCSM120AM042CD3AG SiC MOSFET，它與AgileSwitch 2ASC-12A1HP數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器一起工作，使設(shè)計(jì)工程師能夠使用為應(yīng)用預(yù)先設(shè)計(jì)的套件快速開(kāi)發(fā)高電壓系統(tǒng)。借助可配置的數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器，該參考設(shè)計(jì)允許工程師選擇從700V到1,200V之間的電壓，電流高達(dá)750A。

AgileSwitch 2ASC-12A1HP柵極驅(qū)動(dòng)器由微芯科技的智能配置工具(ICT)提供支持，該工具可免費(fèi)下載。ICT提供了一個(gè)用戶界面，允許用戶配置柵極驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，例如柵極開(kāi)關(guān)配置文件、系統(tǒng)關(guān)鍵監(jiān)視器以及控制器接口設(shè)置。

圍繞SiC MOSFET構(gòu)建的參考設(shè)計(jì)可提供16千瓦/升(kW/l)的功率密度和高達(dá)130°C的Tj，峰值效率達(dá)98%，開(kāi)關(guān)頻率則高達(dá)20kHz。Mersen全球戰(zhàn)略營(yíng)銷(xiāo)副總裁Philippe Roussel聲稱(chēng)，該參考設(shè)計(jì)將有助于優(yōu)化任何一個(gè)逆變器拓?fù)浼軜?gòu)?！疤蓟枘軌?qū)⑵渲饕?guī)格擴(kuò)展至更高的電壓、電流和開(kāi)關(guān)頻率，以滿足工作點(diǎn)需求?！?/p>

從MOSFET到電源模塊，再到參考設(shè)計(jì)，SiC器件的廣泛應(yīng)用，證明了這種寬帶隙技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用和快充電動(dòng)汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施中所具備的能力。此外，碳化硅所具有的節(jié)能潛力也推動(dòng)了其在太陽(yáng)能逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電源等工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

(參考原文：Will 2022 be the year of silicon carbide semiconductors? ）

本文為《電子工程專(zhuān)輯》2021年3月刊雜志文章，版權(quán)所有，禁止轉(zhuǎn)載。點(diǎn)擊申請(qǐng)免費(fèi)雜志訂