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主驱逆变器,为何要选择碳化硅?

03/13 10:50
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在当今全球汽车工业驶向电动化的滚滚浪潮中,一项关键技术正以其颠覆性的性能改变着电动汽车整体市场竞争力的新格局,它便是基于碳化硅SiC)材料打造的主驱逆变器。就像电子领域的“黑科技”催化剂,SiC正以其耐高压、高热导率及低损耗特性,重新定义新能源汽车的核心部件的工作效能极限,并以前所未有的方式推动整个行业朝着更长续航、更高能效的方向疾速前行。

大规模“上车”在即的碳化硅

犹如引擎之于燃油车,主驱逆变器是电动汽车动力系统的心脏,其性能优劣直接影响到车辆的整体表现。碳化硅的应用,就像给这个心脏注入了一剂强心针,各大车企纷纷导入使得碳化硅在主驱逆变器上的市场份额正以前所未有的速度扩张,预示着一场深度影响汽车产业链的技术革命已拉开帷幕。

据NE时代预测数据,未来5年,中国新能源乘用车市场不同类型功率器件的份额中,增长最快的将是800V高压SiC平台,其次是主要用于800V四驱车辆辅驱的800V IGBT和400V SiC的份额将先有所增长。在未来一段时间内,大部分车企的800V平台和400V平台仍将处于共存阶段,因为虽然大部分车企均有800V平台的相应规划,但不同企业对应用800V的平台策略有一定差别,最为积极的新势力头部车企将用800V平台迭代现有平台,其他OEM则相对较为稳健,会在部分高端车型上应用800V平台。

中国新能源乘用车市场不同类型功率器件的份额预测

此外,尽管在在未来十年内,IGBT和SiC MOSFET会共同存在,但趋势是随着OEM更大胆地直接转向纯电动汽车,插电式混合动力汽车和混合电动汽车市场将继续萎缩,轿车和跨界纯电动汽车将继续增长并成为主要市场。到了2025年之后,“肌肉”电车,例如SUV、卡车和运动型车的需求将大幅增长,从而推动功率大于250千瓦的电力驱动装置的更多需求,加之800V高压平台系统的逐步推广,碳化硅大规模“上车”在即。

大功率+低损耗:难以拒绝的效率吸引力

汽车的动力更迭,从内燃机到电驱动,这当下汽车变革中最大的一个部分。传统燃油车的三大件包括油箱、轴承(包括总成、变速箱等)、内燃机,而动力电池就相当于电动汽车的“油箱”,电机是内燃机,逆变器便相当于变速箱,主要作用就是把电池中储存的能量形式转换成另一个可控的可让电机输出的能量形式。因此,对于主驱逆变器中的电力需求,主要体现在五个方面:

动力更强 - 更大的瞬间扭矩带来更多驾驶乐趣;

效率更高 - 航程更长,损耗更低;

电压更高 - 400V 电池是目前的主流,800V将是未来;

重量更轻 - 减轻车重,增加续航里程;

尺寸更小 - 可安装在前轴或后轴上,节省行李箱和后备箱空间。

与硅相比,碳化硅在材料特性方面具有多种优势,因而成为主驱逆变器设计的更优选择。

碳化硅的物理硬度达到了9.5莫氏硬度,而硅为6.5莫氏硬度,所以碳化硅更适合高压烧结并具有更高的机械完整性。

碳化硅的热导率 (4.9W/cm.K) 是硅 (1.15 W/cm.K) 的四倍多,这意味着它可以更有效地传递热量从而在更高温度下可靠运行。

碳化硅的击穿电压(2500kV/cm)是硅(300kV/cm)的 8 倍多,而且它具有宽带隙性质,能够更快地导通和关断,意味着它的损耗比硅更低。

针对主驱逆变、辅助电源、车载充电和直流快充等系统,安森美可以提供完整的智能电源方案,包括碳化硅、IGBT、MOSFET等产品阵容。其中,EliteSiC功率模块可以提供更优秀的性能、效率和功率密度,采用了最新的平面结构的EliteSiC MOSFET,实现了从电池的直流800V到后轴交流驱动的高效电源转换。

汽车动力总成系统中安森美可以提供的部分产品与方案

此外,安森美采用先进互连技术的压铸模封装进一步提高了SiC模块的高功率密度,并且具有低杂散电感,而且更高的开关频率有助于减小系统中一些无源组件的尺寸和重量。此外,这种封装类型具有多种工作温度选项,最高达 200°C,可降低OEM的散热要求,并有望采用更小的泵进行热管理。

值得一提的是,除了先进的智能电源方案在功率密度、效率和可靠性上表现出众,为电动汽车技术变革可靠的供电保证,安森美 ADAS 和自动化系统解决方案同样使现代车辆实现半自动化,例如先进的CMOS图像传感器可以应用于前视、侧视、后视、环视摄像头系统,使得汽车的安全等级进一提高,向着全自动驾驶的目标又进一步。

安森美电动汽车整体解决方案

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安森美

安森美

历史安森美半导体前身是摩托罗拉集团的半导体元件部门,于1999年独立上市,继续生产摩托罗拉的分立晶体管,标准模拟和标准逻辑等器件。并购纪录2000年四月,完成收购Cherry Semiconductor。2006年,完成收购位于美国俄勒冈州Gresham的LSI Logic设计和制造设施。2008年一月,以184M美元完成收购美国模拟器件公司的稳压及热管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部门。2008年三月,以915M美元完成收购AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收购Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收购PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收购California Micro Devices。2010年六月,完成收购Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收购日本三洋电机的子公司三洋半导体(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收购赛普拉斯半导体(Cypress Semiconductor)的CMOS图像传感器业务部门。2014年五月,完成收购Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半导体和富士通半导体宣布战略合作(包括晶圆代工服务协议,及日本会津若松市富士通的8吋晶圆厂的10%权益。)2014年八月,以4亿美元完成收购总部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半导体完成收购Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥资24亿美元现金收购飞兆半导体公司。2016年八月,安森美半导体宣布已就出售点火IGBT业务给 Littelfuse 达成协议,出售其瞬态电压抑制二极管和开关型晶闸管产品线,售价共1.04亿美元现金。2016年九月,安森美半导体完成收购飞兆半导体公司。产品安森美半导体制造以下的各种产品:定制:ASIC;定制代工服务;定制ULP存储器;定制CMOS图像传感器;集成无源器件分立:双极晶体管;二极管和整流器;IGBT和FET;晶闸管;可调谐组件电源管理:AC-DC控制器和稳压器;DC-DC控制器、转换器和稳压器;热管理;驱动器;电压和电流管理逻辑:时钟产生;时钟及数据分配;存储器;微控制器;标准逻辑信号管理:放大器和比较器;模拟开关;音频/视频的ASSP;数字电位计;EMI/RFI滤波器;接口;光电、图像及触摸传感器产品部安森美半导体的各个产品部门:模拟方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高腾博),执行副总裁兼总经理图像传感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高级副总裁兼总经理电源方案部(PSG) – Bill Hall(贺彦彬),执行副总裁兼总经理解决方案工程中心日本:大阪; 东京中国:上海德国:慕尼黑中国台湾:台北美国:加州圣荷西; 俄勒冈州波特兰; 底特律韩国:首尔设计中心美国:亚利桑那州凤凰城(Phoenix)、亚利桑那州钱德勒(Chandler)、得州奥斯汀(Austin)、得州普莱诺(Plano)、罗德岛州东格林尼治(East Greenwich)、科罗拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、爱达荷州波卡特洛(Pocatello)、宾夕法尼亚州Lower Gwynedd、犹他州林顿(Lindon)、爱达荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯灵顿(Burlington), 滑铁卢(Waterloo)比利时:梅赫伦(Mechelen),奥德纳尔德(Oudenaarde),菲尔福尔德(Vilvoorde)法国:图卢兹(Toulouse)德国:慕尼黑罗马尼亚:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉发(Bratislava)爱尔兰:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布尔诺(Brno)韩国:首尔中国台湾:台北印度:班加罗尔(Bangalore),诺伊达(Noida)日本:岐阜市,群马菲律宾:德拉克市(Tarlac City)制造工厂美国:亚利桑那州凤凰城、亚利桑那州钱德勒、俄勒冈州Gresham、爱达荷州波卡特洛、爱达荷州楠帕、缅因州南波特兰加拿大:伯灵顿 (安大略省)比利时:奥德纳尔德捷克:Roznov中国:乐山、深圳、苏州日本:群马县、埼玉县羽生市、新潟县新潟市韩国:富川菲律宾:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿雾市马来西亚:森美兰州芙蓉市越南:边和市、顺安市社

历史安森美半导体前身是摩托罗拉集团的半导体元件部门,于1999年独立上市,继续生产摩托罗拉的分立晶体管,标准模拟和标准逻辑等器件。并购纪录2000年四月,完成收购Cherry Semiconductor。2006年,完成收购位于美国俄勒冈州Gresham的LSI Logic设计和制造设施。2008年一月,以184M美元完成收购美国模拟器件公司的稳压及热管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部门。2008年三月,以915M美元完成收购AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收购Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收购PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收购California Micro Devices。2010年六月,完成收购Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收购日本三洋电机的子公司三洋半导体(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收购赛普拉斯半导体(Cypress Semiconductor)的CMOS图像传感器业务部门。2014年五月,完成收购Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半导体和富士通半导体宣布战略合作(包括晶圆代工服务协议,及日本会津若松市富士通的8吋晶圆厂的10%权益。)2014年八月,以4亿美元完成收购总部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半导体完成收购Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥资24亿美元现金收购飞兆半导体公司。2016年八月,安森美半导体宣布已就出售点火IGBT业务给 Littelfuse 达成协议,出售其瞬态电压抑制二极管和开关型晶闸管产品线,售价共1.04亿美元现金。2016年九月,安森美半导体完成收购飞兆半导体公司。产品安森美半导体制造以下的各种产品:定制:ASIC;定制代工服务;定制ULP存储器;定制CMOS图像传感器;集成无源器件分立:双极晶体管;二极管和整流器;IGBT和FET;晶闸管;可调谐组件电源管理:AC-DC控制器和稳压器;DC-DC控制器、转换器和稳压器;热管理;驱动器;电压和电流管理逻辑:时钟产生;时钟及数据分配;存储器;微控制器;标准逻辑信号管理:放大器和比较器;模拟开关;音频/视频的ASSP;数字电位计;EMI/RFI滤波器;接口;光电、图像及触摸传感器产品部安森美半导体的各个产品部门:模拟方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高腾博),执行副总裁兼总经理图像传感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高级副总裁兼总经理电源方案部(PSG) – Bill Hall(贺彦彬),执行副总裁兼总经理解决方案工程中心日本:大阪; 东京中国:上海德国:慕尼黑中国台湾:台北美国:加州圣荷西; 俄勒冈州波特兰; 底特律韩国:首尔设计中心美国:亚利桑那州凤凰城(Phoenix)、亚利桑那州钱德勒(Chandler)、得州奥斯汀(Austin)、得州普莱诺(Plano)、罗德岛州东格林尼治(East Greenwich)、科罗拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、爱达荷州波卡特洛(Pocatello)、宾夕法尼亚州Lower Gwynedd、犹他州林顿(Lindon)、爱达荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯灵顿(Burlington), 滑铁卢(Waterloo)比利时:梅赫伦(Mechelen),奥德纳尔德(Oudenaarde),菲尔福尔德(Vilvoorde)法国:图卢兹(Toulouse)德国:慕尼黑罗马尼亚:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉发(Bratislava)爱尔兰:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布尔诺(Brno)韩国:首尔中国台湾:台北印度:班加罗尔(Bangalore),诺伊达(Noida)日本:岐阜市,群马菲律宾:德拉克市(Tarlac City)制造工厂美国:亚利桑那州凤凰城、亚利桑那州钱德勒、俄勒冈州Gresham、爱达荷州波卡特洛、爱达荷州楠帕、缅因州南波特兰加拿大:伯灵顿 (安大略省)比利时:奥德纳尔德捷克:Roznov中国:乐山、深圳、苏州日本:群马县、埼玉县羽生市、新潟县新潟市韩国:富川菲律宾:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿雾市马来西亚:森美兰州芙蓉市越南:边和市、顺安市社收起

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