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傾佳電子SiC碳化硅半導(dǎo)體斷路器重新定義電動(dòng)汽車功率分配

楊茜 ? 來源:jf_33411244 ? 作者:jf_33411244 ? 2025-09-21 20:02 ? 次閱讀
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傾佳電子SiC碳化硅半導(dǎo)體斷路器重新定義電動(dòng)汽車功率分配

傾佳電子楊茜致力于推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進(jìn)口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級(jí)!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個(gè)必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢(shì)!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢(shì)!

傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢(shì)!

1. 引言:電動(dòng)汽車高壓配電的范式變革

1.1 電動(dòng)汽車電氣架構(gòu)的演進(jìn)背景

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電動(dòng)汽車(EV)的電氣架構(gòu)正在經(jīng)歷一場(chǎng)深刻的變革,這主要源于對(duì)續(xù)航里程、充電速度和整車性能的不斷追求。在早期和現(xiàn)有的EV設(shè)計(jì)中,高壓配電系統(tǒng)普遍依賴機(jī)械式繼電器和傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲進(jìn)行電流控制與電路保護(hù)。這些傳統(tǒng)的機(jī)電組件雖然成熟可靠,但在面對(duì)EV技術(shù)快速發(fā)展的背景下,其固有的局限性日益凸顯。例如,機(jī)械式繼電器存在響應(yīng)速度慢、機(jī)械觸點(diǎn)易磨損、開關(guān)時(shí)產(chǎn)生電弧以及壽命有限等問題,而保險(xiǎn)絲作為一次性保護(hù)元件,一旦熔斷,需要手動(dòng)更換,且無法提供精確的過載保護(hù),在高壓大電流環(huán)境中存在安全隱患 。

為了克服這些挑戰(zhàn),并進(jìn)一步提升EV的整體性能,行業(yè)正逐步向800V高壓平臺(tái)過渡,這已成為一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的核心趨勢(shì) 。800V平臺(tái)相比傳統(tǒng)的400V系統(tǒng),其核心優(yōu)勢(shì)在于:在傳輸相同功率的情況下,能夠?qū)㈦娏鳒p半。這帶來了多重深遠(yuǎn)影響,包括:減少線纜橫截面積和重量,從而降低整車成本并增加續(xù)航里程;提升充電樁的充電效率和速度,大幅縮短用戶等待時(shí)間;以及改善電機(jī)逆變器的能量轉(zhuǎn)換效率 。然而,隨著功率等級(jí)的不斷攀升,高壓、大電流環(huán)境對(duì)電路保護(hù)器件提出了前所未有的嚴(yán)苛要求。傳統(tǒng)的機(jī)械式保護(hù)器件因其性能瓶頸,已無法有效滿足這些新需求,這為創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用提供了契機(jī)。

1.2 SiC固態(tài)斷路器:從概念到實(shí)踐的革命

正是在這樣的背景下,碳化硅(SiC)固態(tài)斷路器(SSCBs)應(yīng)運(yùn)而生。SiC固態(tài)斷路器是一種創(chuàng)新的保護(hù)裝置,它利用SiC功率半導(dǎo)體器件,如MOSFET或IGBT,取代了傳統(tǒng)斷路器中的機(jī)械觸點(diǎn)來控制電路的通斷,從而為高壓電氣系統(tǒng)提供保護(hù) 。這種技術(shù)的核心價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)了超快速、無機(jī)械磨損的電子開關(guān),為高壓系統(tǒng)帶來了前所未有的精確控制和保護(hù)能力 。

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SiC固態(tài)斷路器的出現(xiàn)并非偶然,而是EV高壓化、大功率化和智能化演進(jìn)的必然產(chǎn)物。它們旨在解決傳統(tǒng)機(jī)械式保護(hù)器件在這些新需求下的根本性瓶頸。例如,傳統(tǒng)器件的毫秒級(jí)響應(yīng)在高壓故障下可能無法及時(shí)切斷電流,導(dǎo)致高價(jià)值部件受損。而SiC固態(tài)斷路器則能以微秒甚至納秒級(jí)的速度響應(yīng),在故障電流達(dá)到危險(xiǎn)水平之前將其切斷,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池包、電機(jī)逆變器等核心組件的“硬保護(hù)”,極大地提升了系統(tǒng)的安全性和可靠性 。這種技術(shù)演進(jìn)預(yù)示著,SSCBs將成為未來EV高壓系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置,而不僅僅是一種可選項(xiàng)。

1.3 傾佳電子報(bào)告架構(gòu)與核心要點(diǎn)概覽

傾佳電子旨在為電動(dòng)汽車及功率電子領(lǐng)域的專業(yè)人士提供一個(gè)全面而深入的視角,以理解SiC固態(tài)斷路器如何重新定義電動(dòng)汽車的功率分配。傾佳電子將分為三個(gè)主要部分:首先,我們將深入剖析SSCB的核心技術(shù)機(jī)理,闡述半導(dǎo)體如何取代機(jī)械觸點(diǎn),以及SiC材料在其中扮演的關(guān)鍵角色。其次,我們將以BASIC Semiconductor公司提供的產(chǎn)品資料為例,對(duì)SiC MOSFET分立器件、功率模塊和門極驅(qū)動(dòng)器等核心元器件進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)規(guī)格和性能分析。最后,我們將綜合這些技術(shù)細(xì)節(jié),探討SSCBs在EV高壓配電中的應(yīng)用、帶來的系統(tǒng)級(jí)效益、當(dāng)前面臨的市場(chǎng)挑戰(zhàn)與未來的發(fā)展趨勢(shì)。

2. SiC固態(tài)斷路器核心技術(shù)與機(jī)理深度解析

2.1 固態(tài)斷路器(SSCB)的運(yùn)作原理:半導(dǎo)體如何取代機(jī)械觸點(diǎn)

固態(tài)斷路器(SSCB)的核心優(yōu)勢(shì)在于其革命性的運(yùn)作原理,即利用半導(dǎo)體而非機(jī)械觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電路的通斷。與需要物理分離觸點(diǎn)的傳統(tǒng)斷路器不同,SSCBs通過控制功率半導(dǎo)體器件從導(dǎo)通狀態(tài)迅速切換到非導(dǎo)通狀態(tài)來中斷電流 。

這一過程實(shí)現(xiàn)了微秒甚至納秒級(jí)的超快響應(yīng),相比傳統(tǒng)機(jī)械式斷路器所需的幾毫秒響應(yīng)時(shí)間,速度提升了數(shù)千倍 。這種速度上的巨大差異正是SSCBs“重新定義”功率分配的核心所在。在高壓大電流系統(tǒng)中,毫秒級(jí)響應(yīng)可能導(dǎo)致故障電流在切斷前急劇攀升,產(chǎn)生巨大的浪涌沖擊,從而對(duì)高壓電池、電機(jī)逆變器等關(guān)鍵部件造成不可逆的損壞。而SSCBs的微秒級(jí)響應(yīng)則能夠在故障電流達(dá)到危險(xiǎn)水平之前將其切斷,實(shí)現(xiàn)了對(duì)高價(jià)值部件的“硬保護(hù)”,從根本上提升了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

此外,SSCBs通過電子切換,完全消除了傳統(tǒng)機(jī)械觸點(diǎn)切換時(shí)產(chǎn)生的電弧和物理磨損。這不僅提升了系統(tǒng)安全性,還直接帶來了更長(zhǎng)的使用壽命和更低的維護(hù)需求,特別適合于需要頻繁通斷的場(chǎng)景 。SSCBs的這種無電弧、無機(jī)械磨損的特性,使其在振動(dòng)、多塵等惡劣工作環(huán)境中比傳統(tǒng)機(jī)械繼電器更具優(yōu)勢(shì) 。

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2.2 SiC功率器件在SSCB中的關(guān)鍵作用

碳化硅(SiC)作為一種寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體材料,其卓越的物理特性為SSCBs的性能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。SiC材料的高擊穿電壓、高熱導(dǎo)率、高電子遷移率等特性,使得SiC功率器件能夠在比硅基器件更高的電壓、溫度和開關(guān)頻率下工作 。這些特性是SSCBs實(shí)現(xiàn)高功率、高效率和緊湊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

具體而言,SiC器件的低導(dǎo)通電阻(RDS(on)?)是其核心優(yōu)勢(shì)之一。例如,BMF540R12KA3模塊的典型導(dǎo)通電阻在芯片級(jí)僅為2.5mΩ 。低$R_{DS(on)}$能夠顯著降低器件在導(dǎo)通狀態(tài)下的功率損耗( Ploss?=I2×RDS(on)?),從而提升整個(gè)功率系統(tǒng)的效率。這種低損耗特性帶來了多米諾骨牌效應(yīng):低發(fā)熱量 → 簡(jiǎn)化或縮小散熱系統(tǒng) → 降低SSCBs的體積和重量 → 增加EV的功率密度和續(xù)航里程 。這是一個(gè)從器件物理特性到整車性能提升的完整因果鏈。

此外,SiC器件的高壓、高溫和高頻能力使其成為SSCBs的理想選擇。從提供的資料中可以看出,SiC器件可以在1200V甚至更高的電壓下可靠工作 ,同時(shí)其175°C的高結(jié)溫能力確保了在極端工況下的性能穩(wěn)定性 。這些特性是支持EV 800V高壓平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)和高效運(yùn)行的關(guān)鍵 。

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3. 關(guān)鍵元器件技術(shù)規(guī)格與性能分析:以BASIC Semiconductor產(chǎn)品為例

為了深入理解SiC固態(tài)斷路器的技術(shù)細(xì)節(jié),本節(jié)將基于BASIC Semiconductor提供的產(chǎn)品資料,對(duì)關(guān)鍵元器件進(jìn)行詳細(xì)的性能分析。

3.1 SiC MOSFET分立器件性能剖析

SiC MOSFET分立器件是構(gòu)建SSCBs的基本單元。我們以B3M010C075Z(750V)和B3M013C120Z(1200V)兩款產(chǎn)品為例進(jìn)行對(duì)比分析。

表1:典型SiC分立器件性能對(duì)比

參數(shù) B3M010C075Z (750V) B3M013C120Z (1200V) 意義與洞察
額定電壓 (VDSS?) 750 V 1200 V 750V器件適配當(dāng)前主流400V系統(tǒng),而1200V器件專為未來800V高壓平臺(tái)設(shè)計(jì),符合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。
典型導(dǎo)通電阻 (RDS(on)?) 10 mΩ (@TJ?=25°C) 13.5 mΩ (@TJ?=25°C) 導(dǎo)通電阻是通態(tài)損耗的關(guān)鍵指標(biāo)。選擇哪種器件需在性能、成本和電壓裕度之間進(jìn)行權(quán)衡。
總柵極電荷 (QG?) 220 nC 225 nC QG?決定了門極驅(qū)動(dòng)器每次開關(guān)所需提供的電荷量。該參數(shù)對(duì)門極驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
開關(guān)能量 (Eon?/Eoff?) 910/625 μJ (@TJ?=25°C) 1200/530 μJ (@TJ?=25°C) 1200V器件在開通時(shí)能量損耗更高,但關(guān)斷時(shí)更低。這突顯了SiC器件在高壓應(yīng)用中熱設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)性能的重要性。
反向恢復(fù)時(shí)間 (trr?) 20 ns (@TJ?=25°C) 19 ns (@TJ?=25°C) SiC器件具有極快的反向恢復(fù)速度,且反向恢復(fù)電荷(Qrr?)極小,幾乎為零,這是其實(shí)現(xiàn)高頻高效率開關(guān)的重要原因。

從上述對(duì)比可以看出,750V的B3M010C075Z主要面向當(dāng)前主流的400V高壓系統(tǒng),而1200V的B3M013C120Z則直接瞄準(zhǔn)了未來更高功率、更高電壓的800V平臺(tái) 。這種產(chǎn)品布局反映了半導(dǎo)體廠商對(duì)EV市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)的深刻理解。

此外,值得注意的是,SiC器件的開關(guān)能量(Eon?,Eoff?)會(huì)隨結(jié)溫升高而變化。例如,B3M010C075Z在結(jié)溫從25°C升高到175°C時(shí),其關(guān)斷能量從625μJ略微上升到700μJ 。這種溫度敏感性對(duì)SSCBs的熱設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)性能至關(guān)重要,需要工程師在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮。

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3.2 SiC MOSFET模塊化解決方案的優(yōu)勢(shì)與選型策略

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在更高功率應(yīng)用中,模塊化解決方案相較于分立器件具有顯著優(yōu)勢(shì)。BMF系列SiC MOSFET模塊提供了從60A到540A的寬泛電流覆蓋范圍,可滿足不同功率等級(jí)的SSCBs需求 。

表2:SiC MOSFET模塊化產(chǎn)品系列核心參數(shù)一覽

產(chǎn)品型號(hào) 額定電流 (ID?) 典型導(dǎo)通電阻 (RDS(on),chip? @ 25°C) 熱阻 (Rth(j?c)?) 特殊功能
BMF60R12RB3 60 A 21.2 mΩ 0.70 K/W -
BMF80R12RA3 80 A 15.0 mΩ 0.54 K/W -
BMF120R12RB3 120 A 10.6 mΩ 0.37 K/W -
BMF160R12RA3 160 A 7.5 mΩ 0.29 K/W -
BMF240R12E2G3 240 A 5.0 mΩ 0.09 K/W 集成NTC、SiC SBD
BMF360R12KA3 360 A 3.7 mΩ 0.11 K/W -
BMF540R12KA3 540 A 2.5 mΩ 0.07 K/W -

模塊化封裝(如BMF系列的Half-Bridge模塊)通過優(yōu)化內(nèi)部布局,可以有效降低寄生電感 。在高速開關(guān)時(shí),寄生電感是引起電壓振鈴和過沖的主要原因,因此低電感設(shè)計(jì)是SSCB在高頻、高壓應(yīng)用中穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵。同時(shí),這些模塊采用了優(yōu)化的散熱基板(如銅基板和Si3N4陶瓷基板),配合低熱阻( Rth(j?c)?)特性,極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)熱設(shè)計(jì),提高了功率密度和可靠性,尤其適用于大功率應(yīng)用 。

其中,BMF240R12E2G3模塊的特殊功能值得重點(diǎn)分析。該模塊集成了NTC溫度傳感器和SiC肖特基勢(shì)壘二極管(SBD) 。內(nèi)置SBD的“零反向恢復(fù)”特性與傳統(tǒng)SiC MOSFET體二極管在反向恢復(fù)過程中的損耗和電荷存儲(chǔ)問題形成鮮明對(duì)比 。這種特性對(duì)于需要高頻、低損耗、雙向功率流(如車載充電器、V2G應(yīng)用)的SSCBs尤為重要,因?yàn)樗朔聪蚧謴?fù)過程中的損耗和噪聲,從而提高了系統(tǒng)的整體效率和可靠性,是產(chǎn)品差異化競(jìng)爭(zhēng)的體現(xiàn)。

3.3 門極驅(qū)動(dòng)器:SiC SSCB的“大腦”與守護(hù)者

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門極驅(qū)動(dòng)器在SiC SSCB系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色,它不僅是簡(jiǎn)單的開關(guān)信號(hào)放大器,更是智能保護(hù)邏輯的執(zhí)行者。BTD5452R是一款專為IGBT和SiC MOSFET設(shè)計(jì)的智能隔離型門極驅(qū)動(dòng)器,其關(guān)鍵特性使其成為SSCBs的理想選擇 。

首先,BTD5452R具備高峰值驅(qū)動(dòng)電流(5A拉電流和9A灌電流)、高共模瞬態(tài)抑制(CMTI)能力(典型值250V/ns)和超高絕緣耐壓(5700Vrms)。這些特性確保了在SiC器件高速開關(guān)產(chǎn)生的高di/dt和高dV/dt環(huán)境下,門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的完整性和可靠性。

其次,BTD5452R集成了DESAT(退飽和)短路保護(hù)功能,這是SSCBs實(shí)現(xiàn)“智能保護(hù)”的核心機(jī)制。當(dāng)芯片檢測(cè)到因短路導(dǎo)致DESAT電壓超過9V(相對(duì)于VSS)時(shí),會(huì)立刻發(fā)出故障報(bào)警(通過將XFLT引腳拉低),并啟動(dòng)軟關(guān)斷程序 。在此過程中,門極會(huì)以150mA的軟關(guān)斷電流緩慢關(guān)閉,以避免因瞬時(shí)關(guān)斷過快導(dǎo)致高感性負(fù)載產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓尖峰。當(dāng)門極電壓下降到1.8V(相對(duì)于VEE)時(shí),輸出會(huì)被CLAMP引腳鉗位到VEE,確保門極處于足夠低的電平以完全關(guān)閉器件 。這一機(jī)制不僅能快速響應(yīng)故障,還能通過“軟”方式處理故障,避免二次損壞。

此外,BTD5452R還具有有源米勒鉗位(Active Miller Clamp)功能。當(dāng)門極電壓低于1.8V時(shí),該功能被激活并提供1A的鉗位電流 。在高頻開關(guān)和高dV/dt下,SiC器件的門-漏極寄生電容(米勒電容)可能導(dǎo)致低側(cè)MOSFET因米勒效應(yīng)而意外導(dǎo)通,造成“直通”燒毀 。有源米勒鉗位通過為米勒電容提供的電流提供低阻抗通路,從而有效抑制門極電壓的意外升高,從根本上解決了這一問題,是確保SiC SSCB在高頻、高壓應(yīng)用中穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵。

4. SiC固態(tài)斷路器在電動(dòng)汽車高壓配電中的應(yīng)用與效益

4.1 優(yōu)化高壓配電架構(gòu)與電池管理系統(tǒng)

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SiC固態(tài)斷路器憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì),正在逐步取代電動(dòng)汽車高壓配電架構(gòu)中的傳統(tǒng)機(jī)電組件。由于其極高的響應(yīng)速度和可靠性,SSCBs可直接替代笨重的傳統(tǒng)高壓繼電器和保險(xiǎn)絲,特別是在高壓配電盒(PDU)和電池保護(hù)單元(BPU)中 。

SSCBs的緊湊設(shè)計(jì)和可編程特性使其能夠更緊密地集成到高壓電池包內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)分布式保護(hù)。這種分布式保護(hù)方案相比單一的集中式保護(hù)方案更加靈活和安全,能夠?qū)﹄姵匕鼉?nèi)部的局部故障做出更快速、更精確的響應(yīng)。SSCBs的無電弧、無機(jī)械磨損特性也使其非常適合與電池管理系統(tǒng)(BMS)協(xié)同工作,通過精確的電流控制和快速切斷能力,進(jìn)一步提升電池系統(tǒng)的安全性和壽命。

4.2 賦能800V高壓平臺(tái)與提升整車性能

SiC固態(tài)斷路器的應(yīng)用與EV 800V高壓平臺(tái)的普及相輔相成,共同為整車性能帶來顯著提升。SiC器件的低導(dǎo)通電阻(RDS(on)?)和低開關(guān)損耗,能夠有效降低功率轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗,從而將電能更高效地從電池傳輸?shù)诫姍C(jī),直接延長(zhǎng)了車輛的續(xù)航里程 。

800V平臺(tái)通過降低電流,允許使用更細(xì)、更輕的線纜,結(jié)合SiC器件的緊湊封裝和卓越的熱性能,SSCBs能夠簡(jiǎn)化冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì),進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)的輕量化 。這種輕量化不僅降低了制造成本,還通過減少車輛自重,進(jìn)一步提升了續(xù)航里程。因此,SSCBs帶來的好處是乘數(shù)效應(yīng):它不僅僅是一種更先進(jìn)的保護(hù)器件,而是通過高效率、高功率密度和高可靠性,從根本上優(yōu)化了EV的整車性能和成本結(jié)構(gòu)。

4.3 雙向功率流與快速充電的未來

SiC固態(tài)斷路器在支持雙向功率流方面具有天然優(yōu)勢(shì),這對(duì)于實(shí)現(xiàn)V2G(Vehicle-to-Grid)和V2H(Vehicle-to-Home)等未來能源管理應(yīng)用至關(guān)重要。例如,BMF240R12E2G3等模塊集成了SiC肖特基勢(shì)壘二極管(SBD),其“零反向恢復(fù)”特性是實(shí)現(xiàn)高效雙向功率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵 。

傳統(tǒng)的硅基二極管或SiC MOSFET的體二極管在反向恢復(fù)過程中會(huì)產(chǎn)生電荷存儲(chǔ)和反向恢復(fù)電流,導(dǎo)致額外的損耗和電磁干擾。而SiC SBD的“零反向恢復(fù)”特性則消除了這些問題,極大地提升了雙向功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率和可靠性。因此,SiC SSCBs的應(yīng)用將使EV不僅能作為電能的消費(fèi)者,更能成為電網(wǎng)和家庭電能的存儲(chǔ)和供給者,為未來的智能電網(wǎng)和能源生態(tài)系統(tǒng)開辟了新的可能性。

5. 市場(chǎng)趨勢(shì)、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來展望

5.1 全球SiC器件市場(chǎng)趨勢(shì)與EV的驅(qū)動(dòng)作用

SiC技術(shù)市場(chǎng)正經(jīng)歷爆炸式增長(zhǎng)。根據(jù)市場(chǎng)分析數(shù)據(jù),全球SiC半導(dǎo)體器件市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2024年的21億至32.1億美元增長(zhǎng)到2034年的210億美元,年均復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)高達(dá)25.9%至26.7% 。這一增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力正是電動(dòng)汽車需求的激增、800V高壓平臺(tái)的普及、高功率(>50kW)應(yīng)用以及可再生能源項(xiàng)目的不斷發(fā)展 。

在這一快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)中,競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。目前,全球前五大廠商占據(jù)了約55%至60%的市場(chǎng)份額 。與此同時(shí),包括中國(guó)在內(nèi)的亞太地區(qū)正在大力發(fā)展本土SiC產(chǎn)業(yè),并已成為全球半導(dǎo)體設(shè)備的主要投資地,這為全球供應(yīng)鏈和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)帶來了重大影響 。這種競(jìng)爭(zhēng)將加速技術(shù)創(chuàng)新和成本下降,進(jìn)一步推動(dòng)SiC SSCBs的廣泛普及。

5.2 SiC SSCB集成中的主要技術(shù)挑戰(zhàn)

盡管SiC SSCBs優(yōu)勢(shì)顯著,但在實(shí)際集成中仍面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)。首先,SiC器件的超高速開關(guān)特性帶來了極高的電壓和電流變化率(dV/dt和di/dt),這使得系統(tǒng)對(duì)寄生電感和電容變得高度敏感,容易產(chǎn)生電磁干擾(EMI)和電壓振鈴問題 。這要求SSCB設(shè)計(jì)者在PCB布局、器件封裝和散熱設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行精細(xì)的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化。選擇具有高共模瞬態(tài)抑制(CMTI)能力的門極驅(qū)動(dòng)器(如BTD5452R的典型值高達(dá)250V/ns )是解決這一問題的關(guān)鍵。

其次,SiC器件相較于傳統(tǒng)的硅基器件,其初始成本仍然較高,且供應(yīng)鏈的成熟度相對(duì)較低。這是其廣泛應(yīng)用的主要障礙。然而,隨著市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)和技術(shù)迭代的加速,預(yù)計(jì)SiC器件的生產(chǎn)成本將持續(xù)下降,供應(yīng)鏈也將日益完善。

5.3 技術(shù)演進(jìn)與未來展望

展望未來,SiC固態(tài)斷路器將與汽車的電子電氣架構(gòu)(E/E architecture)進(jìn)行更深層次的融合。未來的SSCBs將不僅僅是單純的保護(hù)器件,它們將集成更復(fù)雜的控制邏輯,實(shí)現(xiàn)智能故障預(yù)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷和OTA(Over-The-Air)更新等高級(jí)功能。

此外,SSCBs在EV中的應(yīng)用也將從高壓配電領(lǐng)域逐步延伸至車載充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等更廣泛的功率電子子系統(tǒng)。通過在這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)部署SSCBs,可以構(gòu)建一個(gè)覆蓋全車高壓系統(tǒng)的、高度集成化的、智能化的保護(hù)網(wǎng)絡(luò),從而全面提升電動(dòng)汽車的安全性、效率和可靠性。

深圳市傾佳電子有限公司(簡(jiǎn)稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動(dòng)者:
傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務(wù)聚焦三大方向:
新能源:覆蓋光伏、儲(chǔ)能、充電基礎(chǔ)設(shè)施;
交通電動(dòng)化:服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機(jī))及高壓平臺(tái)升級(jí);
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公司以“推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC替代進(jìn)口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應(yīng)國(guó)家“雙碳”政策(碳達(dá)峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。
需求SiC碳化硅MOSFET單管及功率模塊,配套驅(qū)動(dòng)板及驅(qū)動(dòng)IC,請(qǐng)搜索傾佳電子楊茜

結(jié)論

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SiC固態(tài)斷路器正以其顛覆性的性能,重新定義電動(dòng)汽車的功率分配。它通過利用SiC功率器件的寬禁帶材料優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)了超快速、無磨損的電子開關(guān),有效解決了傳統(tǒng)機(jī)械式保護(hù)器件在高壓大電流環(huán)境下的固有局限性。以BASIC Semiconductor的產(chǎn)品為例,從1200V SiC分立器件到大電流SiC功率模塊,再到具備DESAT短路保護(hù)和有源米勒鉗位功能的門極驅(qū)動(dòng)器,一個(gè)完整的SSCB技術(shù)生態(tài)已初具雛形。

SSCBs的應(yīng)用不僅僅是簡(jiǎn)單的技術(shù)升級(jí),它通過提升系統(tǒng)效率、增加功率密度和實(shí)現(xiàn)輕量化,從根本上賦能了EV的800V高壓平臺(tái),并帶來了續(xù)航里程提升和成本降低等乘數(shù)效應(yīng)。盡管面臨著高dV/dt、EMI和成本等挑戰(zhàn),但隨著SiC半導(dǎo)體市場(chǎng)的快速發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)推進(jìn),SSCBs必將成為未來電動(dòng)汽車高壓配電系統(tǒng)的基石,為電動(dòng)汽車的未來發(fā)展開辟新的可能性。

審核編輯 黃宇

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