電源轉換效率對于新能源的部署和采用至關重要，包括太陽能和電池供電的應用。在最近的 ST 開發者大會上，ST 的 Alfredo Arno概述了電子功率元件，比較了用于功率轉換的硅和新型寬帶隙材料，重點介紹了 ST 用于電動汽車的碳化硅（SiC） 分立產品和模塊。

事實上，電氣化增長最快的領域之一是交通運輸——據估計，世界上超過 20% 的能源用于交通運輸系統。

用于混合動力和電動汽車的 SiC 組件

在交通運輸領域，混合動力和電動汽車正在迅速普及。這些汽車的獨特之處之一是它們包含的高壓系統的數量。高壓電池的電壓范圍為 400 至 800 伏，許多其他電氣系統以不同的方式為該電池供電。這些系統包括輔助電源、DC-DC 轉換器、牽引逆變器以及電池管理系統本身。牽引逆變器為電機供電，對于車輛在需要充電之前可以運行多長時間至關重要。此外，車載充電器補充電池：我們可以放入電池的電量越大，充電速度就越快。電子功率元件在每個系統中都很重要，不僅因為它們提供的性能，還因為效率：對于電動汽車，尺寸、重量和體積很重要，因為這是一個移動系統，更高效的系統可能更輕、更多緊湊，在引擎蓋下需要更小的占地面積。

混合動力和電動汽車包含許多高壓系統

為滿足高壓電氣系統對高性能、高效率組件的要求，意法半導體開發了一系列基于碳化硅的 MOSFET 和二極管，非常適合需要在緊湊型中實現高電壓和高密度功率轉換的汽車應用包裹。

碳化硅具有許多材料特性，使其成為汽車級電子元件的絕佳選擇。碳化硅的寬帶隙能量是傳統硅的三倍，這種更大的帶隙使 SiC 器件能夠在更高的電壓和更高的溫度下更有效地工作。SiC 器件還具有比硅快兩倍的電子飽和速度，可實現更快的開關轉換。然后，硅的介電常數比碳化硅低約 20%，這實際上有助于提高效率，因為在其他條件相同的情況下，它會將寄生電容降低相同的數量。

碳化硅組件：更小、更冷、更高效

寬帶隙的一個功能，使碳化硅具有優勢的真正重要屬性是其臨界電場強度為每厘米 3 兆伏，而硅的臨界電場強度為每厘米 0.2 兆伏。這意味著碳化硅提供的臨界電場能力是傳統硅的 10 倍以上。這一點，連同 SiC 的其他幾個特性（在此詳述），使 ST 能夠制造出比硅更小、更高效的基于碳化硅的器件。

碳化硅的導熱性也比硅高約三倍，從而能夠更快地從組件中散熱。這一點很重要，因為隨著硅基器件的面積越來越小，將電轉換過程產生的熱量提取出來變得越來越困難，而碳化硅的散熱效果更好。盡管如此，設計師還可以做其他事情，包括提高設備本身的效率，以減少產生的熱量。此外，由于碳化硅具有更高的導熱性，因此更容易有效地提取產生的熱量。

與同等硅解決方案相比，SiC 解決方案更小、更冷且更高效

簡而言之，碳化硅讓功率器件超越了硅的極限。與傳統硅一樣，碳化硅的制造和加工更具挑戰性，但它對高性能功率轉換的許多有利特性使其成為非常值得的替代品。

審核編輯：郭婷