盡管電動汽車歷史不遜于內燃機車，但它實實在在地被全世界主要國家推廣，發生在最近十年。相比于已在市場中接受了數十上百年考驗的內燃機車，電動汽車存在許多的不足，為整車廠和用戶詬病。

但這些不足正在被克服，其中一個聚焦的解決方案即是功率電子技術。或者，我們可以認為，明面上電動汽車電源系統和電驅動系統的演化進程，在一定程度上體現出在暗處的功率器件的發展進程。

新能源驅動系統的主要技術驅動力是功率電子器件技術。在它向著高速、集成、大功率方向發展的道路上，功率電子器件是主要推動力之一。

從芯片角度來看，功率電子整體的趨勢是小型化、高功率密度和低損耗；從模塊發展方向看，它會向著耐高溫、耐高壓、高頻方向發展。

這些決定了，MOSFET由于耐壓低，在高電壓和大電流應用中損耗過大，而被新能源汽車高壓部件拒絕。考慮到技術的可實施性和實用性，IGBT的應用正當時。為了進一步提高續航里程、縮短充電時間，應對明顯的整車系統和電機系統電壓平臺高壓化趨勢，越來越多的車企開始考慮SiC（碳化硅）功率器件。

SiC的妙用

電動汽車中，車載充電器、DC/DC轉換器、主逆變器和電動壓縮機對功率電子器件要求較高，基本上需要IGBT或SiC功率器件。

使用SiC有何好處呢？在SiC領域中浸淫已久的認為，它的阻抗更低，做成模塊后尺寸會更小，效率會更高。作用于雙方向OBC，高效SiC模塊能夠縮短充電時間，減少電損耗；若作用于主驅逆變器，它可以幫助續航里程的增加，并且減小電池尺寸，降低成本。SiC可以突破其他功率器件的頻率瓶頸，這對于變壓器、感應器等體積的縮減會帶來很大的幫助。相關元器件的體積可以縮至原來的1/10。而且，SiC可以在一個更高溫度下運行，相對于Si，它的運行溫度可以達到270度。如此，它需要的冷卻系統可以更簡單，散熱器也走向小型化。

它以5kW DC/DC變換器為例來解釋SiC更夠帶來的收益。相對原來使用了Si基IGBT的變換器，SiC基MOS的芯片面積約為原來的1/4。最終高壓電源體積縮減了八成。效率高，損耗下降了63%。當DC/DC變換器應用了160kHz開關頻率的SiC方案后，變壓器體積減小。

的SiC模塊已經用在Formula-E電動方程式Venturi（文圖瑞）賽車上。此前賽車中使用的是內置傳統IGBT模塊的傳統逆變器，到2016年10月第三賽季，它使用了SiC SBD（碳化硅肖特基二極管）和Si IGBT組成的混合模塊，在同樣輸出功率（200kW）下逆變器重量降低了2kg，尺寸減少了19%。到2017年12月第四賽季時，逆變器采用了SiC MOS和SiC SBD組成的全Sic模塊。與傳統逆變器相比，它的輸出功率提升到220kw，重量降低6kg，尺寸減少43%。

汽車中應用時間表

對SiC的未來極其看好，從今年到2025年間，SiC在汽車和工業兩大塊的需求將呈現出大幅度增長趨勢。尤其是汽車OBC、逆變器在今后的五年對于SiC的需求將呈現出線性增長。

現在的電動汽車市場呈現出三大趨勢，其一是隨著用戶對續航里程的增加都非常關心。這對電池容量提出了增加的需求，或者使用SiC把效率提升了，如此一來，在相同的電池包容量的情況下，可以把里程提升上去。其二，用戶需要更快的充電時間，這一點同樣需要考慮高效。其三，歐洲電動汽車的電壓平臺出現明顯的高壓化趨勢。現在普通乘用車電壓平臺大概是400V到600V，而歐洲部分車企已經提出800V電壓平臺。電壓提升后，電流即使減小也可以達到同樣的功率，如此可以降低充電電纜重量，有效減輕整車重量。

上述三個市場趨勢實際上都需要SiC功率器件的作用。根據整車廠整理出SiC在汽車應用中的趨勢。理論上，電動汽車部件何時將從Si基功率器件切換到SiC呢？這份應用趨勢回答了時間點這一問題。

目前來看，OBC中SiC SBD已經得到了一個全面的應用，2017年后它對SiC MOS提出需求，部分車企開始使用內置了SiC MOS的OBC。DC/DC轉換器上，2018年左右，它從Si MOS轉向SiC MOS。逆變器大概將于2021年從IGBT和Si FRD切換到SiC MOS。目前，特斯拉開發并量產了基于SiC MOS的大功率電機控制器。應用于快速充電的大功率DCDC預計將在2020年應用上SiC MOS。

SiC應用的分水嶺

隨著時間的推移，SiC在電動汽車中的新應用為它帶來了潛在的巨大市場。正加快步伐，擴充產品矩陣。

2009年它收購了一家碳化硅晶圓原材料公司SiCrystal。2010年開始量產SiC SBD，并且發布全球首個可量產的SiC MOS。2012年它量產全SiC功率模塊；2015年溝槽型SiC MOS量產中。接著2017年其開始量產6英寸SiC SBD。去年，其6英寸平面型SiC MOS量產，同時研發第四代溝槽型。今年，它量產了第三代溝槽型SiC MOS，并在PCIM ASia上發布了第四代溝槽型SiC MOS。

溝槽型SiC MOS具有的特點是低開關損耗，開關時的損耗比IGBT降低73%，以及低導通電阻，有助于進一步節能。

也正擴充SiC晶圓/器件的產能，來滿足市場的需求。它到2025年總計將投入約850億日元。這筆投資大部分是投向SiC，同時部分也會投向驅動IC芯片。到2025年它將SiC功率器件和SiC晶圓的生產能力提高至高出2017年約16倍的水平。

另一方面，雖然加快了廠房擴充速度，但是它對SiC的總產量非常謹慎。功率器件成本、車企對之的態度以及電動汽車市場變化等都是影響實際需求的因素。

當從Si IGBT切換到SiC功率器件時，成本會不可避免地上升。SiC能夠產生正經濟效益的時間點，將是它能夠得以普及的分水嶺。

預測，當電池電壓平臺在500V時，部分車型可在2021年做到整體成本的削減。例如，2021年時，電池容量在40kwh，系統功率大致低于70kw的車型使用SiC更有優勢。這部分車型集中在中國市場和歐洲市場。