新一代雙向OBC設(shè)計(jì)中?為什么要選擇 SiC？

回顧2021，作為第三代半導(dǎo)體的典型代表——碳化硅（SiC）器件著實(shí)火了一把。其在臨界電場(2.2 × 106 V/cm)、電子速度、熔點(diǎn) (300°C) 和熱導(dǎo)率 (4.9 W/cmK) 等方面獨(dú)特的優(yōu)勢，讓SiC 已經(jīng)滲透到眾多電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，包括電源、太陽能逆變器、其他可再生能源的功率轉(zhuǎn)換以及工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的逆變器等。

作為全球碳化硅（SiC）行業(yè)龍頭的Wolfspeed在日前的投資者日上預(yù)測：

“2022/24/26年全球SiC器件整體市場規(guī)模有望分別達(dá)到43億/68億/89億美元，其中在汽車電動(dòng)化趨勢的推動(dòng)下，2022/24/26年全球SiC功率器件市場規(guī)模將分別達(dá)到22億/42億/60億美元，其中新能源汽車SiC功率器件市場規(guī)模分別為16億/32億/46億美元，我們測算對(duì)應(yīng)約270/580/860萬輛新能源汽車，滲透率有望迅速提升。”

在新能源汽車這個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，消費(fèi)者無非關(guān)注兩個(gè)體驗(yàn)：一個(gè)是駕乘體驗(yàn)，包括動(dòng)力性、舒適性、娛樂性等；另外一個(gè)則是充電體驗(yàn)，充電速率則是重要體驗(yàn)之一（充電時(shí)間和充電后的有效車輛續(xù)航里程也是車輛制造商的關(guān)鍵參數(shù)），它的提高必然是車載充電機(jī)（OBC）的重要發(fā)展方向。

伴隨著電動(dòng)汽車在中國的興起，雙向電源技術(shù)可以對(duì)傳統(tǒng)的OBC進(jìn)行雙向改造，使得其除了具備充電功能外，增加逆變能力，即OBC不僅可將AC轉(zhuǎn)化為DC為電池充電，同時(shí)也可將電池的DC轉(zhuǎn)化為AC對(duì)外進(jìn)行功率輸出，進(jìn)而提升電動(dòng)汽車的應(yīng)用。而隨著SiC的滲透與發(fā)展，雙向逆變技術(shù)是否能成為未來OBC標(biāo)配的功能之一呢？

上圖細(xì)分成本對(duì)比，Si 系統(tǒng)比 SiC系統(tǒng)高出近 20%。這主要是由于 DC/DC 模塊中有相對(duì)大量的柵極驅(qū)動(dòng)和磁性元件。盡管相比單個(gè) Si 基二極管和功率晶體管，分立式 SiC 基功率器件的成本更高。但在系統(tǒng)中采用時(shí)，SiC 器件的性能可減少所需元件的數(shù)量，從而降低電路元件成本以滿足支持各種功率器件功能的要求。

除了成本節(jié)約之外，SiC 系統(tǒng)在 3 kW/L 的功率密度下可實(shí)現(xiàn) 97% 的峰值系統(tǒng)效率，而 Si OBC 僅可在 2 kW/L 的功率密度下實(shí)現(xiàn) 95% 的效率。這一系統(tǒng)效率的提升可為消費(fèi)者帶來每年平均 40 美元的能源節(jié)約。

Wolfspeed 擁有 30 多年的 SiC 器件與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可幫助降低技術(shù)門檻，助力設(shè)計(jì)人員在其新一代 OBC 中采用出色的 SiC 基器件。Wolfspeed 提供 SiC 功率器件、SiC 系統(tǒng)和技術(shù)專長的豐富選擇并形成組合拳，可快速開發(fā)出能在現(xiàn)場可靠運(yùn)行的穩(wěn)固耐用的設(shè)計(jì)拓?fù)?。Wolfspeed 產(chǎn)品組合已可完全支持雙向 OBC，以及單個(gè) AC/DC 和 DC/DC 級(jí)。

電動(dòng)車的前景可期，也是Wolfspeed決心專注投入碳化硅的重要原因。在宣布改名的同時(shí)，該公司一并揭曉與通用汽車（GM）達(dá)成供應(yīng)協(xié)議，將其碳化矽元件使用于通用的次世代電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)Ultium Drive。

另外，包括福斯（Volkswagen）旗下未來汽車供應(yīng)鏈專案FAST（Future Automotive Supply Tracks）、德爾福汽車（Delphi）、ZF集團(tuán)等汽車零組件大廠，還有車用半導(dǎo)體大廠英飛凌（Infineon）、意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡稱ST）在內(nèi)的半導(dǎo)體業(yè)者，也都青睞Wolfspeed的產(chǎn)品，締結(jié)合作關(guān)系。

Wolfspeed 首席執(zhí)行官 Gregg Lowe 在公司更名之際表示：新一代功率半導(dǎo)體將由 SiC 技術(shù)驅(qū)動(dòng)，Wolfspeed 如今是純粹的半導(dǎo)體巨頭，在 LED 領(lǐng)域無法施展技能的 SiC 材料，可望在電動(dòng)車等市場起飛。這也讓 Wolfspeed 一進(jìn)入化合物半導(dǎo)體游戲，就自帶三十多年的經(jīng)驗(yàn)值。

此次“2022第三屆CIAS中國國際車載電源用功率器件技術(shù)及應(yīng)用峰會(huì)”，我們很榮幸地邀請(qǐng)到了Wolfspeed Shanghai Limited（上海沃孚半導(dǎo)體有限公司）電力應(yīng)用與營銷高級(jí)經(jīng)理 魏晨先生（Frank Wei），為我們帶來《Wolfspeed SiCMOSFETs Enable Innovations and Advanced Design of OBC》（Wolfspeed 碳化硅器件助力OBC的設(shè)計(jì)創(chuàng)新）的專題演講。

●演講題目《Wolfspeed SiC MOSFETs Enable Innovations and Advanced Design of OBC》（《Wolfspeed 碳化硅器件助力OBC的設(shè)計(jì)創(chuàng)新》）●演講亮點(diǎn)SiC advantages in bidirectional OBC, Wolfspeed SiC Roadmap and Wolfspeed reference designs.●嘉賓簡介Chen Wei received his M.S. degree in Power Electronic from South China University of Technology, Guangzhou, China, in 2007. He also received his bachelor’s degree in Electronic Engineering from Zhejiang University, Hangzhou, China, in 2004. He has many years’ experience in power supply design engineering at Emerson Network Power and Flex Power. Currently Chen is the Sr. manager of power applications & Marketing at Wolfspeed. He is generally interested in power electronics, power system, and power semiconductor, together with the applications in various sectors.