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碳化硅的优点

发布时间:2022-04-28 分享

碳化硅

在价格方面,目前国际上SiC的价格是相应硅基产品的5~6倍,并且以每年10%的速度下降。预计未来2-3年随着市场供应量的增加,在价格有望达到相应硅基产品的2-3倍时,系统成本降低和性能提升带来的优势将推动SiC逐步取代硅基IGBT等产品。据《华尔街日报》报道,“研究人员估计,根据电动汽车的类型,碳化硅相关技术可以帮助汽车最终节省 750 美元的电池成本。”也有人估计,碳化硅的总使用会产生大约 2000 元左右的成本降低。但碳化硅材料的成本与硅基材料接近,估计还需要几年时间。

碳化硅价格高的原因很简单,因为它很难制造。为什么碳化硅那么难制造?可以说,钻石和它一样坚硬。因此,短期内碳化硅的制造成本仍然较高。

但是,碳化硅的优势非常明显。例如,减少音量就是其中之一。丰田的碳化硅组件比硅基组件小 80%。此外,根据相关分析数据,在续航方面,与采用硅基芯片的电动汽车相比,搭载SiC芯片的电动汽车的行驶距离平均延长了6%。

以国内为例,同等功率下,比亚迪汉EV的SiC模块体积比硅IGBT体积小一半以上,功率密度翻倍。而且,按照比亚迪的计划,到2023年,比亚迪旗下的所有电动汽车都将采用SiC功率半导体,完全替代IGBT,碳化硅趋势真的势不可挡。

不过,说到碳化硅的大规模应用,就从特斯拉说起。

2018 年,特斯拉在 Model 3 中首次将 IGBT 模块替换为碳化硅模块。使用后,在同等功率水平下,碳化硅模块的封装尺寸明显小于硅模块,开关量损失减少 75%。此外,转换后,使用 SiC 模块可将系统效率提高 5% 左右。

由 IGBT 模块组成。

当然,就成本而言,这并不划算。由于逆变器的功率器件被碳化硅的IGBT替代,采购成本上涨了近1500元。但由于整车效率的提升,电池的装机容量有所下降,从电池端节省了成本。

从发展历史来看,全球首款碳化硅功率半导体 SiC MOSFET 于 2011 年推出。在此之前,美国公司 Cree 经过近 20 年的研发,可谓“难产”。十年后,SiC终于迎来了“爆发元年”。