解决电动汽车续航痛点，碳化硅借势而起
电子发烧友网报道（文/李诚）在政策利好与自然资源紧张的驱使下，电动汽车的发展步入了正轨。随着电动汽车基础配套设施的不断完善，以及技术的成熟，电动汽车在近年来得到了大量普及，并取得了显著增长。据Canalys公布数据显示，2021年全球新能源电动汽车销售总量达650万辆，同比增长109%，占比全球汽车销量的9%。
在电动汽车高速增长的市场背景下，市场对生产电动汽车所需相关零部件的需求持续扩大，具有耐高温、高压、高效的碳化硅功率器件就是其中之一。据有关外媒报道，电动汽车所需的碳化硅功率器件，在2025年将会占到整个碳化硅功率半导体市场的37%左右，市场占比将近4成，相较于2021年提升25%。
基于碳化硅突出的电气特性，碳化硅在车载逆变器、车载充电器和快速充电桩等领域的应用已经得到了快速的铺开，在设备体积、能量损耗、系统效率方面都得到了进一步的优化。电动汽车无论是在动力、噪音亦或是使用成本方面均比传统的燃油车更具优势，但电动汽车最大的痛点还是充电慢的问题。
为解决这一痛点，高压平台技术似乎成为目前最好的解决方案之一，同时800V以上的高压平台也成为了各大整车厂商未来规划的重点。预计在今年上半年实现交付，号称充电10分钟续航800公里的长城沙龙机甲龙，也引进了800V高压技术，峰值充电功率可达400KW。2021年11月，国内首款基于800V高压SiC平台的量产车小鹏G9正式亮相，同时极氪、理想、极狐在800V高压平台也有不同程度的部署，今年有望成为800V高压平台的发展元年，碳化硅功率器件也将在800V高压平台的发展中借势而起获得充分受益。
近年来碳化硅功率器件在电动汽车领域的持续火热，上游芯片厂商也嗅到了车用碳化硅潜在的商机，不断加大产品的研发力度，扩大产能。
东芝1200V、1700V碳化硅MOSFET模块
碳化硅是硅器件的替代品，是降低损耗、增加电动车续航里程的关键。东芝此前曾对外宣称，将会在2025年之前将碳化硅的生产规模扩大到2020的10倍，并计划于2023年将旗下姬路半导体工厂的SiC功率半导体产量扩增至2020年度的3倍。今年1月，东芝推出了两款1200V和1700V碳化硅MOSFET模块，并与之前推出的3300V功率器件构成了不同电压等级的产品线。
图源：东芝
此次东芝推出1200V碳化硅功率模块的型号为MG600Q2YMS3，额定漏极电流最高可至600A，额定电压为1700V碳化硅功率模块型号为MG400V2YMS3，额定漏极电流为400A。这两款产品采用的是一样的PMI153A封装，在安装方式上与应用较为广泛的硅基IGBT模块相兼容。
在碳化硅MOSFET模块参数细节方面，这两款产品均支持超宽5000V的输入和输出的电压隔离条件，其中MG600Q2YMS3能够在不超过600A的漏极电流情况下提供0.9V的漏极导通电压（感应），0.8V的源极导通电压（感应），1.6V的源极关断电压。当工作环境在150℃、漏极电流600A、漏极导通电流为600V时，MG600Q2YMS3的开关损耗为25mJ，关断损耗为28mJ。当工作环境在150℃、漏极电流400A、漏极导通电流为900V时，MG400Q2YMS3的开关损耗为28mJ，关断损耗为27mJ。较低能量的损耗特性能够满足多方面的应用需求，如轨道车辆的逆变器和转换器、电机控制设备、高频DC-DC转换器等。
碳化硅功率器件老玩家ROHM
ROHM是一家碳化硅功率方案的主要提供商，在去年先后与国内的车企吉利和正海集团达成合作共同探索汽车市场，发展碳化硅技术，提升电动车续航里程。在ROHM碳化硅功率器件阵营中已经实现耐压等级650V至1200V的覆盖，并且在SCT3系列的碳化硅MOSFET中采用了第三代沟槽栅型工艺，使得导通电阻相较于前一代技术产品降低了50%。同时SCT3系列的碳化硅MOSFET还采用了4引脚的特色封装，进一步提升产品的开关频率，降低开关损耗。
图源：ROHM
CT3022KLHR是此前ROHM推出的一款N沟道碳化硅MOSFET，这款MOSFET采用了沟槽栅极结构的设计，在相同尺寸的情况下，相较于平面型产品在导通电阻方面得到了很大的优化。其满足车规级AEC-Q101的应用标准，最高耐压等级为1200V，拥有着22mΩ极低的导通电阻，同时还具有开关频率高、切换速度快的特性，在一定程度上降低了功率器件在工作时所产生的功率损耗。在电动汽车的应用中，更低的导通电阻和高开关频率才是提升系统效率，节省成本，提高续航里程的关键。CT3022KLHR的工作结温为175℃，可保证在汽车充电桩、车载OBC的应用中功率器件工作的稳定性。
结语
电动汽车在高速增长的同时也带动了市场对碳化硅功率器件的需求，碳化硅功率器件在高压应用中降低能量损耗，提高系统效率的特性，吸引了更多厂商的关注，博世、东芝、罗姆、三安光电等企业纷纷开展扩产计划，以应对后期电动车市场爆发所带来的增长。小鹏汽车、吉利汽车等车企也在争相加码，投资碳化硅半导体相关产业。
在电动汽车高速增长的市场背景下，市场对生产电动汽车所需相关零部件的需求持续扩大，具有耐高温、高压、高效的碳化硅功率器件就是其中之一。据有关外媒报道，电动汽车所需的碳化硅功率器件，在2025年将会占到整个碳化硅功率半导体市场的37%左右，市场占比将近4成，相较于2021年提升25%。
基于碳化硅突出的电气特性，碳化硅在车载逆变器、车载充电器和快速充电桩等领域的应用已经得到了快速的铺开，在设备体积、能量损耗、系统效率方面都得到了进一步的优化。电动汽车无论是在动力、噪音亦或是使用成本方面均比传统的燃油车更具优势，但电动汽车最大的痛点还是充电慢的问题。
为解决这一痛点，高压平台技术似乎成为目前最好的解决方案之一，同时800V以上的高压平台也成为了各大整车厂商未来规划的重点。预计在今年上半年实现交付，号称充电10分钟续航800公里的长城沙龙机甲龙，也引进了800V高压技术，峰值充电功率可达400KW。2021年11月，国内首款基于800V高压SiC平台的量产车小鹏G9正式亮相，同时极氪、理想、极狐在800V高压平台也有不同程度的部署，今年有望成为800V高压平台的发展元年，碳化硅功率器件也将在800V高压平台的发展中借势而起获得充分受益。
近年来碳化硅功率器件在电动汽车领域的持续火热，上游芯片厂商也嗅到了车用碳化硅潜在的商机，不断加大产品的研发力度，扩大产能。
东芝1200V、1700V碳化硅MOSFET模块
碳化硅是硅器件的替代品，是降低损耗、增加电动车续航里程的关键。东芝此前曾对外宣称，将会在2025年之前将碳化硅的生产规模扩大到2020的10倍，并计划于2023年将旗下姬路半导体工厂的SiC功率半导体产量扩增至2020年度的3倍。今年1月，东芝推出了两款1200V和1700V碳化硅MOSFET模块，并与之前推出的3300V功率器件构成了不同电压等级的产品线。
图源：东芝
此次东芝推出1200V碳化硅功率模块的型号为MG600Q2YMS3，额定漏极电流最高可至600A，额定电压为1700V碳化硅功率模块型号为MG400V2YMS3，额定漏极电流为400A。这两款产品采用的是一样的PMI153A封装，在安装方式上与应用较为广泛的硅基IGBT模块相兼容。
在碳化硅MOSFET模块参数细节方面，这两款产品均支持超宽5000V的输入和输出的电压隔离条件，其中MG600Q2YMS3能够在不超过600A的漏极电流情况下提供0.9V的漏极导通电压（感应），0.8V的源极导通电压（感应），1.6V的源极关断电压。当工作环境在150℃、漏极电流600A、漏极导通电流为600V时，MG600Q2YMS3的开关损耗为25mJ，关断损耗为28mJ。当工作环境在150℃、漏极电流400A、漏极导通电流为900V时，MG400Q2YMS3的开关损耗为28mJ，关断损耗为27mJ。较低能量的损耗特性能够满足多方面的应用需求，如轨道车辆的逆变器和转换器、电机控制设备、高频DC-DC转换器等。
碳化硅功率器件老玩家ROHM
ROHM是一家碳化硅功率方案的主要提供商，在去年先后与国内的车企吉利和正海集团达成合作共同探索汽车市场，发展碳化硅技术，提升电动车续航里程。在ROHM碳化硅功率器件阵营中已经实现耐压等级650V至1200V的覆盖，并且在SCT3系列的碳化硅MOSFET中采用了第三代沟槽栅型工艺，使得导通电阻相较于前一代技术产品降低了50%。同时SCT3系列的碳化硅MOSFET还采用了4引脚的特色封装，进一步提升产品的开关频率，降低开关损耗。
图源：ROHM
CT3022KLHR是此前ROHM推出的一款N沟道碳化硅MOSFET，这款MOSFET采用了沟槽栅极结构的设计，在相同尺寸的情况下，相较于平面型产品在导通电阻方面得到了很大的优化。其满足车规级AEC-Q101的应用标准，最高耐压等级为1200V，拥有着22mΩ极低的导通电阻，同时还具有开关频率高、切换速度快的特性，在一定程度上降低了功率器件在工作时所产生的功率损耗。在电动汽车的应用中，更低的导通电阻和高开关频率才是提升系统效率，节省成本，提高续航里程的关键。CT3022KLHR的工作结温为175℃，可保证在汽车充电桩、车载OBC的应用中功率器件工作的稳定性。
结语
电动汽车在高速增长的同时也带动了市场对碳化硅功率器件的需求，碳化硅功率器件在高压应用中降低能量损耗，提高系统效率的特性，吸引了更多厂商的关注，博世、东芝、罗姆、三安光电等企业纷纷开展扩产计划，以应对后期电动车市场爆发所带来的增长。小鹏汽车、吉利汽车等车企也在争相加码，投资碳化硅半导体相关产业。
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