华为|【必充技】一一新能源充电桩核心部件碳化硅功率器件诺基亚|裁员|5G

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SiC 是目前相对成熟、应用最广的宽禁带半导体材料，基于 SiC 的功率器件相较 Si 基器件具有耐高压、耐高温、抗辐射、散热能力佳、导通损耗与开关损耗更低、开关频率更高、可减小模块体积等杰出特性，不仅可广泛用于电动汽车驱动系统、列车牵引设备、充电桩、开关电源、光伏逆变器、伺服电机、高压直流输电设备等民用场景，还可显著提升战斗机、战舰等军用系统装备的性能。
SiC应用场景
1.新能源汽车

车载充电机（OBC）：车载充电机是指固定在汽车上，可将地面的交流充电桩输入的交流电转换为直流电，直接给动力电池充电，充电过程中宜由车载充电机提供电池管理系统（BMS）、充电接触器、仪表盘、冷却系统等低压用电电源。车载充电机由输入端口，控制单元，功率单元，低压辅助单元和输出端口等部件组成。车载充电机一般为两级电路，前级为PFC级，即功率因数校正环节，实现电网交流电压变为直流电压，且保证输入交流电流与输入交流电压同相位，根据实际设计功率需求的不同，可采用多级Boost电路并联进行扩容；后级为DC/DC级，实现PFC级输出直流电压变为所需充电电压，实现恒流/恒压充电功能，并保证交流高压侧与直流高压侧的电气绝缘。 SiC二极管及MOSFET器件则可用于车载充电机PFC和DC-DC次级整流环节，推动车载充电机向双向充放电、集成化、智能化、小型化、轻量化、高效率化等方向发展。

车载充电机结构图

电机驱动器：将碳化硅功率器件作为电机驱动器的开关器件可显著降低损耗。其中， SiC BJT 构成的驱动器损耗降低了53%；当频率升高时，损耗还会进一步降低，开关频率为 15 kHz 时， SiC BJT驱动器的损耗降低了67% 。

特拉斯是全球率先采用碳化硅逆变器的车企，其Model 3采用了意法半导体推出的650V SiC MOSFET逆变器，相较Model X等车型上采用的IGBT能带来5%～8%的逆变器效率提升，对电动车的续航能力有着显著提升;之后相继推出的Model Y以及Model S Plaid也采用了SiC技术。此外，比亚迪·汉EV高性能四驱版本也搭载了SiC器件，为国内首款采用SiC技术的车型。蔚来计划今年发布的纯电轿车也将搭载采用SiC模块的第二代电驱平台。预计未来将有越来越多的新能源车型采用碳化硅器件以全面替代硅基IGBT ，为碳化硅器件带来巨大的市场需求。
特斯拉Model 3采用搭载SiC MOSFET的逆变器
2.直流充电桩
直流充电桩又称快充充电桩，内部包含电源模块、计费系统、通信及控制系统、读卡及授权系统等，其中电源模块是核心部件，占设备总成本的50% ，可将电网中的交流电转换为直流电为汽车动力电池充电。因SiC基晶体管可以实现比硅基功率器件更高的开关频繁，因此可以提供高功率密度、超小的体积，将在直流充电桩应用领域加速市场渗透。
120kw直流充电桩内部结构图
3.轨道交通
碳化硅功率器件相较传统硅基IGBT能够有效提升开关频率，降低开关损耗，其高频化可以进一步降低无源器件的噪声、温度、体积与重量，提升装置应用的机动性、灵活性，是新一代牵引逆变器技术的主流发展方向。在“碳中和、碳达峰”目标指引下，碳化硅功率器件将加速在轨道交通领域的渗透。目前株洲中车时代联合深圳地铁集团基于3300V等级高压大功率SiC MOSFET的高频化应用自主开发了地铁列车全碳化硅牵引逆变器，在节能方面表现优异，经装车试验测试，同比传统硅基IGBT牵引逆变器的传动系统，综合能耗降低10%以上，牵引电机在中低速段噪声同比下降5分贝以上，温升同比降低40℃以上。
全碳化硅永磁直驱地铁列车
4.光伏与风电
太阳能和风能发电系统是分别利用光伏电池板和风力带动发电机，直接将太阳能或风能转换成电能的发电系统，都需要以逆变器作为接口连接电网从而实现发电。为实现发电系统高效、稳定地运行，对逆变器提出了更为严苛的要求，需要相关半导体器件具有较大的击穿场强、耐高温、耐高压并能够工作在更高的开关频率下。传统硅基器件由于材料固有特性限制了其在高温、高压、高效率场景的应用。 SiC基功率器件是其完美替代者，其中SiC MOSFET是高速低损耗功率开关中最有前景的器件之一。