通過不同屬性的結合，碳化硅（SiC）已成為電動汽車（EV）領域首屈一指的半導體技術，其器件的性能優于基于傳統硅（Si）的器件。其優點包括更高的額定電壓、卓越的功率轉換效率水平以及應對高溫的能力。

車載充電器 （OBC）、DC-DC 轉換器和牽引逆變器都受益于 SiC，正在進行的工藝和架構改進肯定會增加其已經相當可觀的吸引力。這種增強將擴大這種寬帶隙材料工作參數的范圍，并進一步減輕所經歷的功率損耗。與此同時，更大的產量所允許的規模經濟將意味著它可以達到更具吸引力的價格點。

在電動汽車環境中使用 SiC

簡要介紹一下，以下是現在影響電動汽車行業的一些動態。每一項都應得到適當考慮。

1. 需要更快速的充電周期 – 正因為如此，電動汽車工程團隊正在尋求部署可以在更高電壓下工作的 OBC。已經引入了可以適應這些電壓的SiC器件。通常可用的 650V 額定電壓器件并不總是足夠的，需要更高的額定電壓半導體來適應更高的電池電壓。同時，與使用額定電壓為900V或1200V的設備相關的成本溢價將難以證明是合理的。提供一定程度的電壓升高，但又不會過多增加所涉及的費用的解決方案將是最適合這里的。

2. 需要支持更高的工作頻率 – 為了更快地切換，必須將開關損耗降至最低。否則，效率水平將降低，熱管理機制將需要更多的空間（這將增加整體尺寸，重量和成本，因此需要避免）。

3. 大幅降低運營損失 – 通過這樣做，將擴大電動汽車在需要充電之前可以覆蓋的范圍。將其用于EV電池的小型化同樣有效。對于汽車制造商來說，兩者都是有趣的前景。

4. 成本考慮 – 加速從內燃機汽車向電動汽車過渡的另一個重要因素是制造商減少消費者在購買這些車輛時必須進行的投資的能力。如果要做到這一點，那么必須控制與各個組件相關的成本（逆變器元件在總費用中占特別大的比例）。

認識到這些動態的本質，以及需要找到可行解決方案的緊迫性，被證明是推動UnitedSiC開發其第四代（第4代）SiC技術的關鍵。表 1 顯示了對其他供應商提供的 SiC 技術所做的規格改進。這里將新的 750V 額定 UJ4C075018K4S 碳化硅場效應管與三種替代的 650V 碳化硅 MOSFET 以及一個硅基超結 FET 器件進行了比較。盡管第 4 代 SiC FET 的額定電壓明顯更高，但該技術的單位面積導通電阻比其他 SiC MOSFET 好兩到三倍，比 Si FET 選項好一個數量級以上。這意味著可以在更小的格式封裝中實現可比的性能。

表 1：UnitedSiC 第 4 代 SiC FET 與 Si 超結和 SiC 競爭器件的比較

單位面積超低導通電阻的原因是SiC FET中采用了高密度溝槽SiC JFET結構。它與低壓硅MOSFET共同封裝。SiC JFET 的面積減小意味著對于給定的芯片尺寸，導通電阻將非常低（圖 1）。相反，可以使用具有較低電容的較小FET，同時保持在可接受的導通電阻。

圖 1：額定電壓為 750V 的 UnitedSiC 第 4 代 SiC FET 與競爭對手的 650V 額定 FET 之間的單位面積導通電阻比較

為了降低電阻和熱阻值（并控制相關損耗），SiC基板已大大減薄。為了保持結構完整性，變薄的基板通過銀（Ag）燒結材料（其導熱性是標準焊接材料的六倍）連接到銅（Cu）引線框架上。

UnitedSiC 第 4 代 SiC 技術的其他優勢包括大幅降低相關的柵極驅動損耗 - 與表 4 中引用的其他器件相比。這意味著開關速度可以達到三倍，而不會有柵極驅動IC過熱的風險。在那里，我不需要負柵極驅動。得益于低正向壓降（V消防處）和最低的反向恢復費用（QRR），上級VF.QRR展出品質因數（FoM）。這是目前市場上任何設備所能提供的都無法比擬的。

SiC已經在提高電動汽車傳動系統和電池系統的效率，從而達到遠遠超出硅半導體技術范圍的性能基準。下一代SiC技術的出現將進一步肯定其在未來幾年全球電動汽車更廣泛擴散中的價值。

審核編輯：郭婷