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碳化硅器件在汽车领域应用优势

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2018-10-31 13:58:00【

 在我国 ,机动车污染已成为空气污染的重要来源 ,是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因  ,节能减排已成为汽车业发展的重大课题。因 此 ,大力发展新能源汽车是实现节能减排 ,促进我国汽车产业可持续发展的战略性措施。

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来源:网通社

2014年5月 ,丰田官方发布信息 ,将在2020河北快三开奖结果年推出一套全新采用碳化硅半导体技术的混动系统。网通社从欧洲媒体GoAuto了解到:新一代普锐斯将率先搭载该套混动系统 ,其油耗将相应降低10% ,至3.33L。

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目前 ,EV(纯电动汽车)和HEV(混合动力汽车)的电力驱动部分主要由硅(Si)基功率器件组成。随着电动汽车的发展 ,对电力驱动的小型化和轻量化提出了更高的要求。然而 ,由于材 料限制 ,传统Si基功率器件在许多方面已逼近甚至达到了其材 料的本身极限 ,因 此 ,各汽车厂商都对新一代碳化硅(SiC)功率器件寄予了厚望。

 

碳化硅为代表的第三代半导体 ,与单晶硅和砷化镓等传统半导体材 料相比 ,具有明显的优势 ,如高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高键合能、高化学稳定性、抗辐射性强等 ,决定了碳化硅在诸多领域有着不可替代的地位。主要如下:

01

SiC具有高热导率(达到4.9W/cm•K) ,是Si的3.3倍。因 此 ,SiC材 料散热效果好 ,理论上   ,SiC功率器件可在 175℃结温下工作 ,因 此散热器的体积可以显著减小 ,适合用来制作高温器件。

02

SiC具有高的击穿场强 ,其击穿电场是Si的10倍 ,因 而适用于高压开关 ,最大功率处理能力强 ,使得SiC材 料适于制作大功率、大电流器件。

03

SiC具有高的饱和电子漂移速率 ,其数值是Si的2倍 ,在高场下几乎不发生衰减 ,其高场处理能力强 ,因 此 ,SiC材 料适用于高频器件。

 

SiC单晶在制备技术上  也是第三代半导体材 料中最成熟的。因 此SiC是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材 料之一。

众所周知 ,高功率密度、高压、大电流IGBT功率模块是逆变器里最核心的部件 ,它的功率密度越高 ,电力驱动系统的设计则越紧凑 ,在相同体积下就能发挥更大功率。由于SiC器件电流密度高(如 Infineon 产品可达 700 A/cm2) ,在相同功率等级下 ,全SiC功率模块的封装尺寸显著小于SiIGBT功率模块 ,大大减小了功率模块的体积。

另一方面 ,由于所有的功率转换都由IGBT执行 ,所以器件本身没有更多的空间来散热 ,也不能通过增加风扇等其他方式散热 ,这就要求IGBT本身有很好的散热功能。理论上   ,SiC功率器件可在175℃结温下工作 ,因 此散热器的体积可以显著减小。

此外 ,与传统硅IGBT相比 ,SiC器件的导通电阻较小导通损耗下降;特别是SiCSBDs ,具有较小的反向恢复电流 ,开关损耗大幅降低 ,大幅提高系统效率。

综上  所述 ,碳化硅器件在电动汽车中的应用潜力巨大。SiC器件可以显著减小电力系统的体积、重量和成本。提高功率密度和系统效率。使其成为EV和HEV电力驱动装置中的理想器件 ,也将为电动汽车的动力驱动系统带来革命性的改变。

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