電源轉(zhuǎn)換效率對于新能源的部署和采用至關(guān)重要，包括太陽能和電池供電的應用。在最近的 ST 開發(fā)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(zhuǎn)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(chǎn)品和模塊。

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

用于混合動力和電動汽車的 SiC 組件

在交通運輸領(lǐng)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(tǒng)的數(shù)量。高壓電池的電壓范圍為 400 至 800 伏，許多其他電氣系統(tǒng)以不同的方式為該電池供電。這些系統(tǒng)包括輔助電源、DC-DC 轉(zhuǎn)換器、牽引逆變器以及電池管理系統(tǒng)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(guān)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(tǒng)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(tǒng)，更高效的系統(tǒng)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(tǒng)

為滿足高壓電氣系統(tǒng)對高性能、高效率組件的要求，意法半導體開發(fā)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(xiàn)高電壓和高密度功率轉(zhuǎn)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(tǒng)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(xiàn)更快的開關(guān)轉(zhuǎn)換。然后，硅的介電常數(shù)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(shù)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(yōu)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(tǒng)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(zhuǎn)換過程產(chǎn)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(shè)計師還可以做其他事情，包括提高設(shè)備本身的效率，以減少產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)硅一樣，碳化硅的制造和加工更具挑戰(zhàn)性，但它對高性能功率轉(zhuǎn)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