在汽車行業(yè)的引領(lǐng)下，碳化硅（SiC）正在成為最苛刻應(yīng)用的首選材料

當(dāng)今的工業(yè)應(yīng)用永遠(yuǎn)改變了電力的未來。隨著更高的功率要求和對(duì)效率重要性的強(qiáng)調(diào)，來自各個(gè)市場(chǎng)的工程師正在尋找滿足這些不斷增長(zhǎng)的需求的答案。答案就在這里——碳化硅。

碳化硅：一種真正超越這個(gè)世界的解決方案

首先，讓我們簡(jiǎn)要介紹一下碳化硅到底是什么，以及它與傳統(tǒng)硅的一些不同之處。關(guān)于SiC的一個(gè)有趣的事實(shí)是，碳化硅的碳化物成分不是天然存在的物質(zhì)。事實(shí)上，碳化物最初是從隕石的碎片中發(fā)現(xiàn)的。其獨(dú)特的性能非常有前途，以至于今天，我們合成了用于碳化硅功率產(chǎn)品的硬質(zhì)合金。

事實(shí)上，在過去的30+年里，Wolfspeed一直在完善SiC的使用。今天，我們確實(shí)采用沙子和煤，通過復(fù)雜的過程和外延的添加，可以生產(chǎn)出能夠承受當(dāng)今現(xiàn)代系統(tǒng)電力需求的SiC。

這種碳化硅用于制造裸片、分立肖特基二極管和功率MOSFET，然后這些二極管和MOSFET用于分立封裝和模塊。

你可能想知道：為什么要去找所有這些麻煩？現(xiàn)實(shí)情況是，當(dāng)涉及到最苛刻的應(yīng)用時(shí)，Wolfspeed 碳化硅一次又一次地優(yōu)于硅。

通過正確使用 Wolfspeed SiC，您可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有硅相比令人難以置信的高功率轉(zhuǎn)換能力。您可以提高開關(guān)速度，減少損耗和無源元件。Wolfspeed SiC還可以提高熱性能。

但是，如果沒有具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來支持它們，所有這些陳述都毫無意義。如果實(shí)施得當(dāng)，Wolfspeed SiC 可以將轉(zhuǎn)換器或逆變器的系統(tǒng)級(jí)損耗降低多達(dá) 50% 至 80%。此外，Wolfspeed SiC 可以幫助減小尺寸或?qū)⒐β拭芏忍岣?3× 至 4×。整體系統(tǒng)效率可以提高幾個(gè)百分點(diǎn)，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的損耗。這就是為什么SiC是一種針對(duì)硅的顛覆性技術(shù)。

汽車市場(chǎng)加速采用Wolfspeed SiC

雖然許多垂直行業(yè)都注意到了SiC獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，但最大的變革驅(qū)動(dòng)因素之一是汽車行業(yè)。去年，汽車原始設(shè)備制造商在汽車電氣化方面的投資超過350億美元。對(duì)于電動(dòng)汽車，碳化硅是首選材料。為什么？因?yàn)槠噾?yīng)用不僅要求最高水平的性能，還要求質(zhì)量、供應(yīng)鏈穩(wěn)定性和可靠性。為此，Wolfspeed 提供一系列經(jīng)過 AEC-Q10 認(rèn)證的 SiC 電源產(chǎn)品，可用于汽車應(yīng)用。

但是，為什么汽車行業(yè)如此熱衷于從傳統(tǒng)硅轉(zhuǎn)向SiC呢？這是一個(gè)簡(jiǎn)單的美元和美分問題。在電動(dòng)汽車中，電池一次又一次地成為最昂貴的組件。在高盛（Goldman Sachs）最近的一份報(bào)告中，他們報(bào)告說，通過實(shí)施SiC，電池成本可以降低300至600美元。

這些令人難以置信的節(jié)省是通過優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。如果您看一下城市和高速公路的組合驅(qū)動(dòng)周期，原始設(shè)備制造商已經(jīng)證明，通過實(shí)施SiC，他們可以將電動(dòng)汽車逆變器的損耗降低多達(dá)80%。這意味著對(duì)于相同的電池尺寸和成本，您可以擁有更長(zhǎng)的續(xù)航里程。相反，您也可以潛在地減小電池的尺寸和成本。因此，從定價(jià)角度來看，將SiC引入動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的微小附加值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過性能節(jié)省。

此外，當(dāng)您減少損失時(shí)，您可以減輕汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的一些負(fù)擔(dān)。根據(jù)高盛（Goldman Sachs）的說法，這里節(jié)省的費(fèi)用相當(dāng)于每輛車500至1，000美元。

電動(dòng)汽車電池只是受益于碳化硅功能的一個(gè)汽車領(lǐng)域。另一個(gè)巨大的增長(zhǎng)領(lǐng)域是非車載充電，特別是快速充電的DC-DC站。當(dāng)配備碳化硅時(shí)，這些快速充電站的能源效率更高，尺寸和成本更小，可靠性更高。

事實(shí)上，碳化硅已被證明可以在電動(dòng)汽車快速充電應(yīng)用中將整體系統(tǒng)損耗降低 30%。此外，SiC可以大大提高功率密度，因此快速充電站更小，更快，更好。

Wolfspeed SiC：為太陽能的未來提供動(dòng)力

SiC的另一個(gè)重要增長(zhǎng)領(lǐng)域是太陽能和儲(chǔ)能。雖然多年來這一直是碳化硅最受歡迎的應(yīng)用，但由Wolfspeed領(lǐng)導(dǎo)的碳化硅的最新進(jìn)展，以及對(duì)替代能源的日益重視，進(jìn)一步激發(fā)了這個(gè)市場(chǎng)（雙關(guān)語）。

那么，為什么Wolfspeed SiC成為太陽能應(yīng)用的最愛呢？舉個(gè)真實(shí)的例子：如果你有一個(gè)50或60kW的逆變器，并將Wolfspeed SiC技術(shù)換成升壓轉(zhuǎn)換器，與硅相比，你可以將開關(guān)頻率提高2×到3×。反過來，這大大減少了您的磁性元件，從而節(jié)省了大量空間并顯著降低了成本。

沃爾夫速度碳化硅滿足當(dāng)今 IT 系統(tǒng)的需求

在企業(yè)IT行業(yè)中，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心正在增加對(duì)服務(wù)器的需求，這些服務(wù)器不僅具有令人難以置信的高性能，而且具有高能效。能源之星效率法規(guī)不斷發(fā)展，如今，鈦能源之星標(biāo)準(zhǔn)只是要求比傳統(tǒng)硅更高的效率。

工業(yè)應(yīng)用的碳化硅機(jī)會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)

從電機(jī)驅(qū)動(dòng)器到太陽能逆變器，從工業(yè)設(shè)備到制造設(shè)備，甚至機(jī)器人，所有這些系統(tǒng)都有一個(gè)共同的主電源路徑。一般來說，在幾乎所有這些系統(tǒng)中，這種電源都來自輔助電源——碳化硅可以幫助提高這些系統(tǒng)的效率、可靠性和性能。

事實(shí)上，SiC不僅可以提高效率并降低許多工業(yè)應(yīng)用的冷卻要求，還可以通過減少無源元件和實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)（例如用反激式轉(zhuǎn)換器代替其他更復(fù)雜的設(shè)計(jì)）來幫助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，而不會(huì)犧牲性能。

審核編輯：郭婷