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公司基本資料信息
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近年來,充電時長已經(jīng)成為影響新能源汽車駕駛體驗(yàn)的關(guān)鍵因素,市場對提高車輛充電速度的需求變得越來越迫切。高電壓和大電流都可縮短充電時間,但考慮到銅線損耗的因素,高壓大功率比大電流方案更有效率。而要提升充電速度,必然要關(guān)注大功率充電,在不提高整車電壓平臺的條件下,必須增大充電電流,但這樣也會導(dǎo)致端子、線纜的發(fā)熱量增加,繼而溫度升高。持續(xù)高溫容易損害充電裝置,嚴(yán)重的還會引發(fā)安全事故,為避免這種情況,必須將充電槍端子及線纜的發(fā)熱量及溫升降低,常用的方法就是增大導(dǎo)體截面積。然而增大導(dǎo)體截面積后會增加線纜的重量,用戶使用會很不方便。考慮到充電槍的電流約束,最適合的辦法是通過提升電壓平臺實(shí)現(xiàn)大功率充電。
圖1 高壓快充架構(gòu)下電池系統(tǒng)成本與低壓大電流架構(gòu)的對比
目前主流車企均在布局高壓快充車型,預(yù)計(jì)2026年800伏以上高壓車型銷量將過半,但我國適配高壓快充的高壓充電樁數(shù)量不足。為此,主流車企和充電運(yùn)營商正加快研發(fā)推出大功率快充樁,亟需更耐高壓、耐高溫、更小型化的新型功率器件,以滿足充電設(shè)備對效率和安全的更高要求。
作為第三代半導(dǎo)體材料,碳化硅具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高飽和電子漂移速率等優(yōu)異特性。與傳統(tǒng)硅材料比較,碳化硅器件能有效滿足充電樁設(shè)備耐高壓、耐高溫、更小型化新型器件的需求,幫助實(shí)現(xiàn)新能源汽車快速充電的目標(biāo)。此外,碳化硅還能提高單位功率密度,減小模塊體積并簡化電路設(shè)計(jì),對降低充電樁成本起到重要作用。
圖2 傳統(tǒng)硅功率器件單向充電樁方案
圖3 碳化硅功率器件雙向充電樁方案
傳統(tǒng)硅方案充電樁模塊電源中,DC/DC拓?fù)洳捎?50V硅基超結(jié)MOSFET組成兩個全橋串聯(lián)的LLC,使用1200V碳化硅MOSFET以后,系統(tǒng)可以簡化為一個LLC諧振回路,器件數(shù)量大幅度減少,有利于提升系統(tǒng)可靠性。尤其是關(guān)斷損耗更小的碳化硅MOSFET,更適合充電樁電源模塊DC/DC部分的LLC/移相全橋等電路拓?fù)洹?/span>
同時,1200V/40mΩ碳化硅MOSFET分立器件在風(fēng)光儲充、車載充電、汽車空調(diào)等領(lǐng)域的電源模塊上被廣泛應(yīng)用,規(guī)模優(yōu)勢使碳化硅MOSFET成本進(jìn)一步降低,使得用1200V碳化硅MOSFET的系統(tǒng)成本比使用650V硅基超結(jié)MOSFET的更低,產(chǎn)品更具有競爭力。
圖4 基本半導(dǎo)體1200V碳化硅MOSFET
此外,大功率(50kW~60kW)的充電模塊功率密度高,體積有限,如果采用分立器件,并聯(lián)數(shù)量會很多,給均流、安裝和散熱帶來了非常高的挑戰(zhàn),而采用碳化硅 MOSFET模塊方案,則可以很好地解決上述問題。
圖5 基本半導(dǎo)體1200V碳化硅MOSFET E2B半橋模塊在充電樁中的應(yīng)用
基本半導(dǎo)體PcoreTM2 E2B 全碳化硅半橋MOSFET模塊BMF240R120E2G3基于高性能晶圓平臺設(shè)計(jì),在比導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗、抗誤導(dǎo)通、可靠性等方面表現(xiàn)出色。高溫(Tvj=150℃)下的RDS(on)參數(shù)僅比常溫(Tvj=25℃)時增加1.4倍左右。產(chǎn)品內(nèi)置碳化硅肖特基二極管,使得續(xù)流二極管基本沒有反向恢復(fù)行為,大幅降低模塊的開通損耗。產(chǎn)品還引入氮化硅(Si3N4)AMB陶瓷基板及高溫焊料,可改善長期高溫度沖擊循環(huán)的CTE失配,陶瓷板的可靠性大幅提升。
圖6 PcoreTM2 E2B 全碳化硅半橋MOSFET模塊BMF240R120E2G3
在高壓快充的大背景下,以基本半導(dǎo)體為代表的碳化硅功率器件企業(yè)將不斷加大研發(fā)力度,確保先進(jìn)技術(shù)能緊跟行業(yè)趨勢和市場需求,為充電樁設(shè)備制造企業(yè)提供更高性能的碳化硅功率器件。隨著新能源汽車、光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,碳化硅器件在電力設(shè)備行業(yè)中還將有更廣泛的應(yīng)用,其市場規(guī)模還有巨大的成長空間,預(yù)計(jì)碳化硅功率器件在光伏逆變器的滲透率將從 2020年的10%增長至 2048年的85%。