4月10日，在武漢舉辦的2024年世界碳化硅大會獲得圓滿成功，在大會上，諸多碳化硅產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人員分享了這個(gè)行業(yè)目前的進(jìn)展以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的研究進(jìn)度。

本次大會上，納微半導(dǎo)體技術(shù)營銷經(jīng)理肖開祥先生分享了以“高壓碳化硅為電動長途卡車打造兆瓦級充電”為主題的技術(shù)演講

肖開祥先生是納微半導(dǎo)體技術(shù)市場經(jīng)理，南京航空航天大學(xué)電力電子專業(yè)碩士研究生，從事開關(guān)電源設(shè)計(jì)和功率半導(dǎo)體行業(yè)十多年。

目前電動卡車需求不斷增加。從數(shù)據(jù)分析來看，預(yù)計(jì)到2030年，美國電動乘用車市場份額將增長至兩倍以上。然而，長途電動卡車市場仍處于起步階段。2022年售出的電動卡車僅有6萬輛，占整個(gè)卡車市場的1%。盡管有110款款式，但總體份額仍較小，仍處于萌芽階段。

美國和其他26個(gè)國家簽署了cop27諒解備忘錄，到2030年，市場上銷售的車輛中必須有30%是電動或零排放車輛。雖然零排放車輛包括各種能源類型，但需符合排放標(biāo)準(zhǔn)。到2040年，這一比例將達(dá)到100%。

針對電動車的主要問題是充電焦慮和續(xù)航焦慮。解決方案包括蔚來的換電方案和將電池電壓由400v提升到800v，甚至更高。在碳化硅技術(shù)方面，主要關(guān)注于快速充電，如華為的超級充電站。這些技術(shù)對于電動車的發(fā)展至關(guān)重要。

Nikola公司是美國早期的零排放電動卡車和燃料電池卡車先驅(qū)，盡管其發(fā)展不如預(yù)期。該公司提供純電卡車和氫燃料卡車，兩者在輸出功率和最大功率方面具有明顯優(yōu)勢。然而，充電時(shí)間和續(xù)航能力仍是挑戰(zhàn)。

氫燃料電池車的電池系統(tǒng)經(jīng)過一系列升壓和逆變，以驅(qū)動電動車的電驅(qū)系統(tǒng)。選用碳化硅器件需考慮高電壓要求，尤其在電動卡車領(lǐng)域。碳化硅器件的選型至關(guān)重要，應(yīng)符合電壓和功率要求。

純電卡車的未來趨勢是向更高功率和更高電壓發(fā)展。目前乘用車常用的電池系統(tǒng)電壓為400V和800V。對于電動卡車，如果沒有冷卻系統(tǒng)，其功率與普通乘用車相差不大，電池電壓為800V或1200V。對于1200V的系統(tǒng)，至少需要使用1700V的碳化硅高壓器件。如果采用主動冷卻系統(tǒng)，可以達(dá)到3.75兆瓦的功率級別。至于為什么在某些情況下選擇800V而不是1200V，可能是因?yàn)樵诖蠊β?a href="http://m.xsypw.cn/soft/data/4-15/" target="_blank">開關(guān)電路中，選擇1700V的功率器件是必要的，否則器件的應(yīng)力可能會超標(biāo)。

碳化硅器件的技術(shù)路線主要有平面型和溝槽型兩種。平面型制造簡單，成本低，但單位面積電阻較高，開關(guān)速度較慢。溝槽型具有更好的性能，但制造復(fù)雜，溫度敏感度高。在選擇器件時(shí)需權(quán)衡各項(xiàng)指標(biāo)，以滿足電動車的需求。

納微的GeneSiC SiC MOSFETs的技術(shù)路線不同于溝槽和平面柵，是一種新型專利溝槽輔助平面柵技術(shù)。這種技術(shù)在平面形和溝槽形之間取得了平衡，即在平面器件的基礎(chǔ)上添加了一些溝槽，以調(diào)整內(nèi)部的電阻和導(dǎo)通溝道的寬度，從而減小電阻，提高性能。由于它是平面形式，制造工藝相對簡單，因此良率更高，但同時(shí)也能結(jié)合溝槽型的優(yōu)點(diǎn)。最明顯的是，它具有較低的溫漂。

納微的碳化硅產(chǎn)品提供了高達(dá)6500V的電壓范圍，并且符合工規(guī)和車規(guī)，且部分產(chǎn)品還能夠通過高功率并聯(lián)測試。高功率并聯(lián)使用時(shí)，Vth變化范圍很小，器件均流性能更好，長期可靠性更好。例如，針對650V的系統(tǒng)，耐受時(shí)間約為5.7微秒，而對于1200V的系統(tǒng)，耐受時(shí)間可達(dá)到3.5微秒。

在電池系統(tǒng)方面，通常使用400V的電池系統(tǒng)，但對于650V、750V以及更高電壓的系統(tǒng)，納微提供了更豐富的產(chǎn)品組合。其中，1200V和1700V的產(chǎn)品范圍最廣，涵蓋了從10mΩ到295mΩ的電阻范圍。這些產(chǎn)品適用于高壓電池系統(tǒng)，如800V甚至1200V的系統(tǒng)，滿足電動車的需求。

除了單管之外，納微還提供裸片（bare die）等其他產(chǎn)品，適用于更高電壓的應(yīng)用。這些產(chǎn)品已經(jīng)在一些電動車的電驅(qū)系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，例如一些客戶正在使用帶封裝模塊的裸片。

納微半導(dǎo)體的溝槽輔助平面柵形結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的動態(tài)溫度特性。在高溫條件下（175°C結(jié)溫），其溫漂率較低，能夠降低18%以上，相比其他競爭對手。這意味著納微產(chǎn)品在高溫環(huán)境下具有更好的性能，熱量產(chǎn)生更少，溫度更低。

如上所示，測試數(shù)據(jù)表明，在相同條件下，納微GeneSiC SiC MOSFETs比競爭對手低了26℃，損耗少了5W多。這意味著更低的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，效率更高，可靠性更好。

使用納微GeneSiC碳化硅器件將有助于減少每顆器件約25千克的碳排放，為環(huán)境減排帶來巨大的益處。

最后，一個(gè)新興的應(yīng)用領(lǐng)域是電動飛行汽車。雖然小鵬等公司受到了廣泛關(guān)注，但在這個(gè)領(lǐng)域的電池電壓普遍較高，如800V、900V和1000V。在這些應(yīng)用中，選擇器件的額定電壓通常會達(dá)到1200V和1700V。這個(gè)新興應(yīng)用領(lǐng)域值得關(guān)注。

審核編輯：劉清