碳化硅在电动汽车车载充电器和电池管理解决方案中的应用

大家好，小科来为大家解答以上问题。碳化硅在电动汽车车载充电器和电池管理解决方案中的应用这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

解答：

1、 超越汽车，碳化硅革命及其对硅器件的影响

2、 碳化硅设备并不新鲜，因为粉末形式的合成版本在19世纪90年代初就已大规模生产，这种材料在20世纪初的第一台收音机中找到了它的家。第一个LED也使用SiC晶体，在阴极发出黄光。然而，直到现在，这种材料更难以集成到复杂的电子系统中，因为衬底特别难以制造，使得SiC二极管和MOSFET过于昂贵。当新的制造方法实现了SiC器件的量产，这一切都变了。这些设备目前正在改变许多依赖高压系统的行业，如地下石油钻井平台的电源转换器、数据中心的电源、太阳能逆变器等。

3、 然而，在准备电子展的同时，我们与迈克尔、维托里奥和路易吉坐在一起，以更好地了解汽车行业背景下的SiC，因为这是SiC革命范围和影响的一个很好的例子。事实上，尽管碳化硅设备增加了电动汽车的电池寿命，但没有多少人明白这并不意味着更传统的硅元件的消亡。事实上，尽管行业需要SiC二极管和MOSFET来推动电动汽车走向更多车道，但制造商仍然广泛使用传统的硅iC用于所有车辆的数字系统和低压应用。每种材料都有固有的特性，在特定的使用情况下可以提供巨大的价值和性能。未来要掌握碳化硅的作用，必须深入研究它的原子结构，看看它在哪些类型的设计中最出彩。

4、 多型，革命起源碳化硅晶格

5、 在其最基本的表达中，碳化硅是包含硅(Si)和碳(C)原子的化合物，这些原子以三维立方体、六边形或矩形晶格的形状排列。这种原子结构解释了为什么SiC难以在电子设备中使用，因为它的晶体形式大大增加了行业制造SiC晶片和在其上构建设备的能力。此外，SiC是多晶型的，这意味着晶格可以采取多种形式。SiC实际上是多晶型半导体中的一种，因为我们目前知道的多晶型有250多种，每一种都有特定的电学特性。

6、 例如，3C-碳化硅多晶型物由立方晶格(3C)中的三个双层组成。因为它的形状提供了更高的对称性和更少的电子散射，所以它成为室温下最大电子低场迁移率(1000cm2/Vs1)最高的碳化硅结构。另一方面，6H-SiC(六角晶格中的六个双层)的电子迁移率可能不那么有趣。它的电子迁移率为380cm2/Vs，但其较小的对称性使其更容易制造。当涉及到电学性能之间的折中(其电子迁移率达到947cm2/Vs)，就容易制造了。

7、 SiC，宽带隙作为革命的驱动力

8、 在所有情况下，硅和碳原子在晶格中的排列使得SiC成为宽带隙(WBG)半导体，因为电子可以穿过SiC晶格。以最基本的方式，一个原子包含一个原子核和电子：有14个硅原子和6个碳原子。根据能带理论，电子有两种能态，通常用两个能带来表示。高能电子属于导带，低能电子属于价带。中间的带是带隙，其特征是电子伏特或eV。带隙的另一个名字是禁带，因为电子不可能存在于其中，也就是说要么在导带，要么在价带。

9、 在导体中，带隙不存在，因为导带和价带重叠。因此，当我们给导体施加电流时，电子会从价带流向导带，这样电流就可以以最小的电阻通过。相反，绝缘体的带隙超过9eV，意味着电子在室温下不会从价带跳到导带，从而阻止电流通过。

10、 最后，半导体也有带隙，这意味着理论上它们在0开尔文下没有导电性，但带隙足够小，电子在室温下仍然可以从价带移动到导带，只要有足够的能量将它们推向后者。硅的带隙在1ev-1.5eV之间，而SiC根据多晶性在2.3eV-3.3eV之间波动，因此获得了宽带隙半导体的名称。

11、 更酷，这是WBG半导体的主要特点

12、 击穿电压是绝缘体变成导体的最大电压。根据我们的研究，对于击穿电压为1V的硅器件，类似的6H-SiC模型需要56V或者4H-SiC元件需要46V。当开发高电压应用时，例如那些依赖于电动车辆电池的应用，Si器件的低击穿电压是不理想的。此外，SiC在200V时具有如此低的电阻，而要达到类似的性能，硅片需要大20倍，这意味着在高电压下，SiC可以大大降低开关损耗，从而大大降低功率损耗。

13、 因此，SiC不仅在相同的高电压条件下产生更低的温度，而且我们的SiC器件可以承受高达200c的结温，而类似的si元件则徘徊在150c左右。另外，根据我们的数据，在25kHz的开关频率下，5kWboost变换器中SiCMOSFET的总功率损耗将为11.1W，而硅绝缘栅双极晶体管(IGBT)的总功率损耗将为25.6W，在25kHz以上差距将迅速增大。

14、 牵引逆变器，WBG半导体的革命性应用

15、 在高压设计中使用WBG半导体意味着工程师现在可以提供更快的开关性能和更高的能效，从而转变为更小、更容易冷却的模块。返回值

16、 在电动汽车中，牵引逆变器从电池中获取高电压（通常在400V和800V之间），并为驱动汽车的电动机产生三个交流相。

17、 由于新的性能和效率水平，碳化硅的固有特性使工程师能够进入新领域。

18、 超级充电汽车，今天可见的明天的SiC革命

19、 碳化硅还减小了电动汽车车载充电器和电池管理解决方案的尺寸，最近导致它们集成到DC-DC转换器和配电单元中。这种卓越的四合一解决方案如今已应用于商用电池供电的电动汽车，并将确保价格实惠的电动汽车的普及。因此，如果VittorioGiuffrida和LuigiAbbatelli的研究或MichaelLütt的演讲告诉我们一件事，那就是碳化硅已经在改变行业，让无排放汽车更接近普通消费者。因此，当我们说我们的SiCMOSFET和SiC二极管正在改变这个行业，这是因为我们对宽带隙半导体的掌握已经带来了制造商和司机已经可以享受的真正转变。

本文到此结束，希望对大家有所帮助。

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