SiC-Leistungsgeräte beschleunigen die Aktualisierung neuer Energiefahrzeugprodukte

Als eines der Halbleitermaterialien der dritten Generation weist Siliziumkarbid (SiC) die Eigenschaften eines hohen Druckwiderstands, eines hohen Temperaturwiderstands, eines geringen Energieverlusts und eines Hochfrequenzbetriebswiderstands auf. Daher kann die Verwendung von SiC-Leistungsvorrichtungen die Endbenutzerkosten erheblich senken. Zu diesem Zeitpunkt setzen alle Hersteller große Hoffnungen auf die neue Generation von SiC-Leistungsbauelementen und freuen sich auf die Realisierung der Miniaturisierung von Leistungsmodulen.

Vor kurzem gab UniSiC, ein Anbieter von SiC-Leistungshalbleitermodulen und Anwendungslösungen, bekannt, dass das Unternehmen eine Angel-Round-Finanzierung in zweistelliger Millionenhöhe abgeschlossen hat. Die Finanzierungsmittel werden für die Produktentwicklung und Massenproduktion verwendet. Gegenwärtig werden SiC-Leistungsvorrichtungen hauptsächlich in fahrzeugmontierten Geräten verwendet. Mit der kräftigen Entwicklung der neuen Energie-Automobilindustrie werden SiC-Leistungsgeräte eine immer wichtigere Rolle spielen, was voraussichtlich neue Veränderungen in der neuen Energie-Automobilindustrie mit sich bringen wird.

SiC-Leistungsvorrichtungen verbessern die Energieumwandlungseffizienz erheblich

In den letzten Jahren sind Stromversorgungsgeräte allmählich zum "Fokus" der Aufmerksamkeit aller geworden. Yang Qinyao, Produktdirektor von BYD Power Device, sagte dem Reporter von China Electronics News, dass Leistungsgeräte die "CPU" der Leistungselektronik sind. Sie sind die Kernchips für UHV-Stromnetze, Hochgeschwindigkeitszüge, Ladestapel für Fahrzeuge mit neuer Energie, industrielle Wechselrichter und Server. Die Schlüsselkomponenten des Systemleistungsmoduls spielen die Rolle der Frequenzumwandlung, Stromumwandlung und Spannungsumwandlung.

Als neuartige Art von Leistungsvorrichtung hat die SiC-Leistungsvorrichtung große Vorteile bei der Anwendung neuer Energiefahrzeuge. Es wird berichtet, dass SiC-Materialien ausgezeichnete physikalische und chemische Eigenschaften wie hohe Druckbeständigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Effizienz, hohe Frequenz und Strahlungsbeständigkeit aufweisen, was die Umwandlungseffizienz bestehender Energiequellen erheblich verbessern kann. Die Komponenten, die an Leistungshalbleiteranwendungen in der neuen Architektur von Energiefahrzeugsystemen beteiligt sind, umfassen drei Hauptteile: Motortreiber, On-Board-Ladegeräte (OBC) / Off-Board-Ladestapel und Stromumwandlungssysteme (On-Board-DC / DC). SiC-Leistungsgeräte setzen auf ihre Einzigartigkeit Die Vorteile des Unternehmens spielen eine wichtige Rolle.

Im Bereich des Motorantriebs kann die Verwendung von SiC-Bauelementen die Effizienz des Reglers, die Leistungsdichte und die Schaltfrequenz verbessern und die Kosten, das Gewicht, die Größe und die Komplexität von Wechselrichtern verringern, indem Schaltverluste verringert und das Wärmebehandlungssystem der Schaltung vereinfacht werden. Relevante Daten zeigen, dass der Einsatz von SiC-Bauelementen in Motorantrieben Verluste erheblich reduzieren kann. Insbesondere bei Verwendung von SiC-Bauelementen wird der Verlust des Wechselrichters aus SiC-BJT um 53% verringert; Wenn die Frequenz zunimmt, wird der Verlust weiter verringert. Es versteht sich, dass bei einer Schaltfrequenz von 15 kHz der Verlust des SiCBJT-Wechselrichters um 67% verringert wird.

Die Verwendung von SiC-Leistungsgeräten in On-Board-Ladegeräten und Off-Board-Ladestapeln kann die Betriebsfrequenz von Batterieladegeräten erhöhen, eine hohe Effizienz und Miniaturisierung des Ladesystems erreichen und die Zuverlässigkeit des Ladesystems verbessern. Es wird berichtet, dass die Arbeitsumgebung des Lademoduls die Eigenschaften von Hochfrequenz, Hochspannung und hoher Temperatur aufweist. Im Vergleich zu Si-basierten Bauelementen sind die Eigenschaften von SiC-Bauelementen für eine solche Arbeitsumgebung besser geeignet. Daher sind SiC-Bauelemente beim Laden von Modulen vielversprechend.

Die Verwendung von SiC-Leistungsvorrichtungen in dem Leistungsumwandlungssystem kann die Größe des Stromkreises verringern, das Gewicht verringern, die Kosten für passive Komponenten senken und das Gewicht und das Volumen des gesamten Systems erheblich reduzieren, während die Anforderungen des Kühlsystems erfüllt werden. Es versteht sich, dass in Elektrofahrzeugen der Motorteil ein Kühlsystem benötigt, um seine Temperatur bei 105 ° C zu halten, während der Stromrichterteil ein Kühlsystem benötigt, um seine Temperatur um 70 ° C zu halten. Damit die beiden Teile ordnungsgemäß funktionieren, müssen zwei Sätze von Kühlsystemen verwendet werden, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen, was zweifellos das Volumen des Kühlsystems für Elektrofahrzeuge erheblich erhöht. Da die Betriebsübergangstemperatur von SiC-Leistungsgeräten 361 ° C erreicht hat, kann die Verwendung von SiC-Leistungsgeräten in diesem Fall das Motorkühlsystem und das Stromrichtersystem zu einem kombinieren, wodurch die Größe des Stromrichters erheblich verringert wird.

Viele Unternehmen schließen sich dem SiC Power Device Track an

Aufgrund der hervorragenden Leistung von SiC-Leistungsgeräten in Motorantrieben, Lademodulen und Leistungsumwandlungssystemen haben viele Unternehmen SiC-Leistungsgeräte bevorzugt.

Zu diesem Zeitpunkt haben sich viele Halbleiterhersteller der Forschung und Entwicklung von SiC-Leistungsbauelementen angeschlossen. Professor Zhang Yuming von der Xidian University sagte Reportern, dass immer mehr Hersteller zunehmend in SiC-Geräte investieren. Bekannte ausländische Hersteller wie ROHM, Cree, ST und Infineon haben an dem Layout teilgenommen, und viele inländische Hersteller haben nacheinander SiC-Leistungsgeräteprodukte wie Tyco Tianrun, Basic Semiconductor und Yang Jie Technology auf den Markt gebracht.

Einige neue Energie-Automobilunternehmen versuchen auch, SiC-Leistungsgeräte einzusetzen, um die Entwicklung der neuen Energie-Automobilindustrie zu unterstützen. Zhang Yuming sagte, dass Tesla eine sehr wichtige Rolle bei der Demonstration als erstes neues Energiefahrzeugunternehmen gespielt hat, das weltweit Si-C-Leistungsgeräte einführt. Gleichzeitig wies Zhang Yuming darauf hin, dass die derzeit inländischen Autohersteller in der neuen Energiefahrzeugindustrie wie BYD, Chery, BAIC und CRRC auch aktiv SiC-Leistungsgeräte einsetzen. Da inländische Automobilhersteller für neue Energie in Bezug auf SiC-Stromversorgungsgeräte immer noch ein wenig vorsichtig sind, haben sie nicht genug in diesen Bereich investiert, und das Tempo des Fortschritts muss beschleunigt werden.

Viele Eigenschaften von SiC-Bauelementen sind besser als bei Si-Produkten, aber ihre Kosten sind höher als bei Si-Produkten, was die derzeitige Marktdurchdringungsrate von SiC-Bauelementen extrem niedrig macht. Diese scheinbar weniger optimistische Situation ist nach Ansicht von Zhang Yuming ganz normal. Er glaubt, dass die großtechnische Anwendung von SiC-Leistungsbauelementen ihre Kosten senken kann, aber in diesem Stadium, als aufstrebendes Produkt, braucht die großtechnische Entwicklung dieses Leistungsbauelements noch Zeit. "Gegenwärtig sind die Kosten für SiC-Bauelemente relativ hoch. Dies ist eine ganz normale Sache, genau wie bei der frühen Entwicklung von Si-Bauelementen. Ich denke, die Anwendungsseite sollte den Einsatz von SiC-Leistungsbauelementen erhöhen. Der Skaleneffekt ist ein Schlüssel zur Kostensenkung. Faktoren. Jeder muss SiC-Stromversorgungsgeräten mehr Möglichkeiten geben. " Er sagte.

Wie können neben Skaleneffekten auch die Kosten für SiC-Leistungsgeräte aus technischer Sicht gesenkt werden? Zhang Changming, regionaler Marketingmanager der Automobilelektronikabteilung von Infineon in Greater China, wies darauf hin, dass die Verbesserung des Produktionsprozesses für SiC-Wafer der grundlegende Weg ist, um die Kosten für SiC-Leistungsgeräte zu senken. Er sagte, dass, obwohl die Kombination der Kostenvorteile von Si und der Leistungsvorteile von SiC zur Entwicklung von Hybrid-Leistungsbauelementen den Anwendungsbereich von SiC-Leistungsbauelementen erweitern und deren Verwendungsmaßstab erweitern und dadurch ihre Kosten senken wird, es notwendig ist, die Leistungsgeräte grundlegend zu reduzieren Um die Kosten der SiC-Wafer-Technologie zu erhöhen, müssen die Investitionen in die Erforschung der SiC-Wafer-Technologie erhöht werden, z. B. die Entwicklung von SiC-Wafern in 8-Zoll-Richtung oder die Stabilisierung des Wachstums von SiC-Wafern. Dies ist jedoch keine leichte Aufgabe. "Der Wachstumszyklus von SiC-Wafern ist drei- bis fünfmal länger als der von Si-Wafern. Die Härte von SiC-Wafern ist höher, daher ist die Verarbeitung schwieriger als bei Si-Wafern." Zhang Changming sagte.

Zhang Yuming sagte Reportern auch, dass in dieser Phase neben der Verbesserung der Größe und Qualität von SiC-Wafern auch die Gate-Interface-Steuerungstechnologie und die Ausbeute des Herstellungsprozesses weiter verbessert werden müssen.

Neue Infrastruktur beschleunigt den großtechnischen Einsatz von SiC-Leistungsgeräten

Die Anwendung von SiC-Leistungsgeräten in Fahrzeugen mit neuer Energie befindet sich noch in einem frühen Stadium, sodass noch viel Raum für eine Erweiterung des Marktmaßstabs besteht. Zhang Changming sagte Reportern, dass die Anwendung von SiC-Leistungsgeräten in neuen Energiefahrzeugen bis 2025 etwa 20% des Marktes ausmachen wird. "Damit neue Energiefahrzeuge eine größere Reichweite erreichen, wird ihre Batteriekapazität immer größer. Daher benötigen sie leistungsstärkere OBC (dreiphasige Hochleistungs-OBC), um die Ladegeschwindigkeit zu beschleunigen und die Ladezeit zu verkürzen. Drei Hochleistungs-OBC in der Phase benötigt Leistungsgeräte, die ein schnelleres Schalten unterstützen, und SiC-MOSFETs sind das bevorzugte Gerät, um diese Nachfrage zu befriedigen. Mit der großtechnischen Anwendung von SiC-Geräten sinken ihre Kosten und damit ihr Anteil am Markt für Motorantriebe wird auch weiter ausgebaut ", sagt er.

Als einer der wichtigen Inhalte der neuen Infrastruktur kann die Entwicklung der neuen Energie-Automobilindustrie meines Landes auch neue Entwicklungsmöglichkeiten für die Stromversorgung von Halbleiterbauelementen eröffnen. Yang Qinyao sagte, dass Leistungshalbleiterbauelemente in verschiedenen Bereichen der neuen Infrastruktur weit verbreitet sind, insbesondere in UHV, Ladestapeln für neue Energiefahrzeuge, im Schienenverkehr und im industriellen Internet, die eine zentrale unterstützende Rolle gespielt haben.

Als einer der Vertreter neuer Leistungshalbleiterbauelemente können SiC-Leistungsbauelemente mithilfe einer neuen Infrastruktur in großem Umfang gefördert werden, und ihre Marktaussichten sind breit und die Zukunft kann erwartet werden. Neben der zunehmenden Rolle der neuen Infrastruktur kann der erste Einsatz von SiC-Stromversorgungsgeräten durch ausländische Automobilhersteller mit neuer Energie auch eine "Referenzstraße" für die Entwicklung dieser Branche in meinem Land darstellen.

Teslas Modell 3 ist die erste Autofabrik, die SiC-MOSFETs als Wechselrichter einsetzt. Nach der Verwendung von SiC-Leistungsbauelementen wurde die Lebensdauer erheblich verbessert. Dies ist ein weiterer neuer Meilenstein bei der Anwendung von Halbleitern mit großer Bandlücke in Kraftfahrzeugen.

Zhang Yuming analysierte die Auswirkungen von Teslas erstem Einsatz von SiC-Stromversorgungsgeräten für inländische Unternehmen. Zhang Yuming glaubt, dass die Produktion von Tesla in China den Wettbewerb auf dem Markt für neue Energiefahrzeuge in meinem Land verschärfen wird, aber das ist nicht unbedingt eine schlechte Sache. "Die Einführung von Tesla wird sich auf inländische Neufahrzeuge auswirken. Daher wird sich der Wettbewerb auf dem Markt verschärfen und sich auf den Wettbewerb auswirken. Aus einer anderen Perspektive ist dies jedoch eine gute Sache. Dies kann den Aufholprozess und die Investitionen von Tesla beschleunigen." verwandte Branchen in unserem Land und lassen uns Technologieinvestitionen und Marktexpansion beschleunigen. " Er sagte.

Zhang Yuming sagte auch, dass Teslas Anwendung von SiC-Geräten einen großen Demonstrationseffekt auf die unabhängigen Unternehmen für neue Energiefahrzeuge in meinem Land haben und daher unabhängige Unternehmen für neue Energiefahrzeuge fördern wird, um die Anwendung von SiC-Leistungsgeräten weiter zu beschleunigen.