SiC在电动汽车中的主要应用与功率器件清洗介绍

全球向电动汽车的过渡导致了汽车行业的转型，这是由于汽车原始设备制造商（OEM）对创造越来越高效和高性能的电动汽车的需求。宽带隙半导体等电子技术在实现这些目标方面发挥着至关重要的作用。

电动和混合动力汽车越来越追捧既有效又经济实惠的功率转换技术。由于碳化硅（SiC）提供的优势，宽带隙（WBG）半导体在性能方面优于传统硅，并将很快取代并超越传统的硅基功率器件，尤其是用于电动汽车（EV）设计的功率器件。

1、电动汽车设计挑战

电动汽车的成功与高效率的实现密切相关。在电动汽车中，效率在满载条件下（通常，当负载>90%时）达到其最大潜力。在城市驾驶中，负载可以降低到10%，再生制动等系统在将车辆效率提高多达30%方面起着至关重要的作用。

为此，应将安装在EV中的所有电子元件和系统的功耗降至最低，同时尊重汽车行业施加的空间和重量限制。

汽车零部件必须满足的其他具有挑战性的要求包括高可靠性（百万分之缺陷部件数量已达到个位数）和出色的热管理。碳化硅是一种能够满足这些要求的半导体材料，取代并优于传统的硅基功率器件，如MOSFET和IGBT。

SiC 的临界电场强度为 2.8 MV/cm，远高于硅的临界电场强度 （0.3 MV/cm），允许设计人员在半导体衬底上应用更薄的外延层，从而降低组件的表面电阻和功率损耗。此外，该特性允许SiC达到非常高的击穿电压，甚至只有几kV量级。

因此，这些器件可以在远高于传统硅达到的频率下进行有效切换。由于开关频率较高，无源元件和磁性器件（如电感器）的尺寸也降低了。因此，系统的整体尺寸显著减小，从而提高了功率密度。SiC 的宽带隙和强大的导热性进一步降低了系统重量和体积，可实现高温操作和简单的冷却控制。

新的高性能和长距离电动汽车将基于SiC，因为传统的硅基功率器件（如IGBT）无法进一步降低其功耗，重量和尺寸，这些都是提高效率的先决条件。此外，高压电池即将从 400 V 过渡到 800 V，对所使用的功率器件提出了更严格的电压要求。