真正实现碳化硅的汽车应用资质

分享到:

碳化硅 (SiC) Qorvo
 
碳化硅 (SiC) 可为电动汽车 (EV) 领域带来许多优势:更高的额定电压、出色的功率转换效率以及应对高温的能力等,也因此一直备受推崇。本博文将讨论电动汽车的设计考虑因素,并探讨各种 SiC 技术如何帮助您克服设计挑战。
 
这篇博客文章最初由 United Silicon Carbide (UnitedSiC) 发布,该公司于 2021 年 11 月加入 Qorvo 大家庭。UnitedSiC 是一家领先的碳化硅 (SiC) 功率半导体制造商,它的加入促使 Qorvo 将业务扩展到电动汽车 (EV)、工业电源、电路保护、可再生能源和数据中心电源等快速增长的市场。
 
通过组合不同属性,碳化硅 (SiC) 已成为电动汽车 (EV) 领域的主要半导体技术,其器件性能优于基于传统硅 (Si) 器件的性能。其优势包括更高的额定电压、出色的功率转换效率,以及处理更高温度的能力。
 
车载充电器 (OBC)、DC/DC 转换器和牵引逆变器均受益于 SiC 的出众性能,同时工艺和架构的持续改进必然会进一步增加其魅力。此类改进将扩大这种宽带隙材料的工作参数范围,并进一步减少功率损耗。与此同时,扩大产量所带来的规模经济也必将降低其成本,让其吸引力倍增。
 
碳化硅 (SiC) Qorvo
SiC 在电动汽车领域中的应用
 
影响电动汽车领域的关键因素:
 
需要加快充电速度。为此,电动汽车工程团队希望部署可在更高电压下工作的 OBC。于是能够适应这些电压的 SiC 器件便有了用武之地。常用的 650V 额定电压器件并不总是能够满足要求,我们需要更高额定电压的半导体来适应更高的电池电压。与此同时,额定电压为 900V 或 1200V 的相关器件成本较高,很难大规模应用。可实现一定程度的电压提升,但所涉及费用不会大幅提高的解决方案将是最优选择。
 
需要支持更高的工作频率。要提高开关速度,就必须尽可能地降低开关损耗。否则效率水平就会降低,且热管理装置将需要更多空间。这将增加整体尺寸、重量和成本,所以需加以避免。
 
大幅降低运行损耗。这样就可以延长电动汽车的单次充电续航里程。这还可以缩小电动汽车的电池尺寸。对于汽车制造商来说,两者均非常具有吸引力。
 
成本考虑因素。另一个加速从内燃机汽车向电动汽车转变的重要因素就是,制造商是否能够减少消费者购买电动汽车时必须进行的投资。如果要做到这一点,就必须控制与各组件相关的成本。而在总成本中,逆变器元件所占的比例特别大。
 
事实证明,认识到上述因素的本质,以及找到可行性解决方案的迫切性是推动 UnitedSiC 开发其第四代 SiC 技术的关键。表 1 中列出了对其他供应商提供的 SiC 技术的规范改进。表中将额定电压为 750V 的新型 UJ4C075018K4S SiC FET 与三种 650V SiC MOSFET 替代方案以及一种硅基超结 FET 器件进行了比较。尽管第 4 代 SiC FET 具有明显更高的额定电压,但该技术的单位面积导通电阻比其他 SiC MOSFET 的低 2 到 3 倍,且比硅基超结 FET 器件低不止一个数量级。这意味着 SiC FET 在更小的封装内便能实现类似的性能。
 
碳化硅 (SiC) Qorvo
表 1:UnitedSiC 第 4 代 SiC FET 与 Si 超结和 SiC 同类竞争器件的比较 
 
SiC FET 采用了高密度沟槽 SiC JFET 结构,因此实现了超低单位面积导通电阻。该结构与低电压 Si MOSFET 共同封装。SiC JFET 的面积更小意味着,对于给定的晶粒尺寸,导通电阻将非常低(图 1)。与之对应的,可以使用电容更低且外形更小巧的 FET,同时将导通电阻保持在可接受的较低水平。
 
为降低电阻值和热阻值,同时遏制相关损耗,SiC 基材的厚度明显更薄。为保持结构的完整性,需将减薄的基材通过银 (Ag) 烧结材料(热导率比标准焊接材料高 6 倍)连接到铜 (Cu) 引线框。
 
UnitedSiC 第 4 代 SiC 技术带来的其他优势还包括大幅降低相关栅极驱动损耗,如表 4 中所示(与表中所列其他器件相比)。这意味着开关速度可提高三倍,且不会导致栅极驱动 IC 过热。也无需使用负栅极驱动。由于具有较低的正向压降 (VFSD) 和最低的反向恢复电荷 (QRR),其 VF.QRR 品质因数 (FoM) 也非常出色。这是目前市场上任何其他器件都无法比拟的。
 
碳化硅 (SiC) Qorvo
图 1:额定 750V UnitedSiC 第 4 代 SiC FET 与额定 650V FET 竞争产品之间的单位面积导通电阻比较 
 
SiC 已经开始用于提高电动汽车动力传动系统和电池系统的效率,从而实现远远超过 Si 半导体技术限制的性能基准。下一代 SiC 技术的出现将进一步肯定 SiC 在未来几年促进电动汽车在全球普及的价值。
 
本文转载自Qorvo半导体微信公众号
继续阅读
UWB技术:车辆定位新纪元,未来已来

UWB技术在车辆定位、无线通信和智能驾驶中扮演关键角色。其高精度ToF测量法为车辆内外定位提供支持,实现个性化服务、自动泊车等功能。同时,UWB技术允许车辆与手机等设备通信,实现远程控制及车辆间协同工作,提升道路交通效率和安全性。未来,UWB将追求更高精度、低功耗和与其他无线技术的融合,以实现更广泛应用。此外,UWB技术将探索智能感知和决策功能,结合AI和ML算法实现智能控制,并推动标准化进程以降低成本和门槛,促进全球普及。

UWB破局之道:技术瓶颈与升级秘籍

UWB(超宽带)技术在室内定位领域具有高精度的优势,但高昂的设备和人力成本以及复杂环境下的性能挑战限制了其广泛应用。在确保定位精度的同时,成本控制成为关键。UWB系统需要具备智能、自适应的算法来应对多径衰落等复杂环境挑战,并通过硬件底层优化平衡性能与功耗等指标。此外,UWB技术与其他无线通信技术的融合以及国际标准的制定也是推动其商业化的重要方向。同时,必须重视用户位置信息的隐私保护。

UWB技术揭秘:超宽带,精准定位新境界

UWB(超宽带)技术基于无载波通信技术,通过发射极短时间的窄脉冲(纳秒级别)来传输信息。这些脉冲在时域上尖锐,频域上占据宽频带,因此具有高速数据传输和精确定位能力。UWB系统采用不同调制技术将信息编码到脉冲中,由于脉冲宽度窄,UWB技术在定位和测距应用上表现出色。UWB技术以低功耗、高数据传输速率和定位精度广泛应用于电力巡检、仓储物流、司法监狱监控、工业制造、汽车工业、智能家居和机器人导航等领域,有效提升了管理效率、安全性和运动分析精度。

UWB技术是如何打破传统技术局限,实现全新突破的?

在制造业领域,超宽带(UWB)技术已崭露头角,成为产品和部件定位的革命性工具,提供无与伦比的精确度。虽然获取产品或部件的精确位置信息看似微不足道,但这项技术的重要意义远不止于简单的库存管理——UWB正在改变制造业的未来。

PWM驱动革新:H桥电机电路智能未来已来

随着技术的不断发展,PWM控制H桥驱动电机电路面临着更高的性能要求,特别是在提高电路效率和降低功耗方面。未来,这类电路将趋向智能化、自动化,集成更多传感器和智能控制算法,实现精确灵活的控制。同时,结合云计算、边缘计算等技术,将实现远程监控、故障诊断和预测维护,提高系统可靠性和可用性。集成化和模块化设计将减少制造成本,并提高系统的灵活性和可扩展性。