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一文了解SiC MOS的应用

关键词:SiC MOS 碳化硅MOSFET 世辉 基本半导体

时间:2024-06-19 11:31:01      来源:世辉

作为第三代半导体产业发展的重要基础材料,碳化硅MOSFET具有更高的开关频率和使用温度,能够减小电感、电容、滤波器和变压器等组件的尺寸,提高系统电力转换效率,并且降低对热循环的散热要求。在电力电子系统中,应用碳化硅MOSFET器件替代传统硅IGBT器件,可以实现更低的开关和导通损耗,同时具有更高的阻断电压和雪崩能力,显著提升系统效率及功率密度,从而降低系统综合成本。

作为第三代半导体产业发展的重要基础材料,碳化硅MOSFET具有更高的开关频率和使用温度,能够减小电感、电容、滤波器和变压器等组件的尺寸,提高系统电力转换效率,并且降低对热循环的散热要求。在电力电子系统中,应用碳化硅MOSFET器件替代传统硅IGBT器件,可以实现更低的开关和导通损耗,同时具有更高的阻断电压和雪崩能力,显著提升系统效率及功率密度,从而降低系统综合成本。


图:SiC/Si器件效率对比

一、行业典型应用

碳化硅MOSFET的主要应用领域包括:充电桩电源模块、光伏逆变器、光储一体机、新能源汽车空调、新能源汽车OBC、工业电源、电机驱动等。

1.充电桩电源模块

与下游数量较多的充电桩制造商和运营商不同,目前充电模块行业玩家数量有限。历经过去几年的激烈竞争,行业逐渐出清。目前主流企业仅10家左右,包括特来电、盛弘股份、科华恒盛等为代表的自产自用型;以及英飞源、优优绿能、星源博睿、英可瑞等为代表的外供型两类。

随着新能源汽车800V平台的出现,主流充电模块也从之前主流的15、20kW向30、40kW发展,输出电压范围300Vdc-1000Vdc,并且具备双向充电功能,以达到V2G/V2H等技术要求。因此,越来越多充电模块企业开始采用SiC MOS方案。


图:新能源充电桩中SiC的应用

2.光伏逆变器

在全球可再生能源的大力发展以及“双碳”战略目标的推动下,全球光伏产业迅速扩张,光伏逆变器市场整体也呈现高速发展趋势。根据海关总署数据,从出货情况来看,2023逆变器累计出口99.54亿美元,同比+11%。

经过多年的市场竞争,当前我国光伏逆变器行业已经形成较为集中、整体竞争较为充分的格局。同时,国内知名逆变器品牌仍保持快速增长,出货量及全球市场占有率也在稳步提升。数据显示,2022年全球光伏逆变器供应商出货量市场排名前五的企业是:阳光电源、华为、古瑞瓦特、锦浪科技和SMA。而在研究机构BNEF公布的“全球最具融资价值光伏逆变器品牌”前十名榜单中,也有6家中国逆变器企业入围,其中,正泰电源、华为、阳光电源居于前三,锦浪、特变电工、固德威也位列其中。


图:光伏逆变器中SiC的应用

3.光储一体机

光储一体机采用电力电子控制技术,通过智能控制实现能量转移,协调控制光伏与储能电池,平抑功率波动,并通过储能变流技术输出满足标准要求的交流电能向负载供电,满足用户侧多场景应用,广泛应用于离网光伏电站、分布式后备电源、储能电站等场合。国内光储一体机生产企业主要有:科陆电气、盛弘股份、兴储世纪、时代能创、精石电气、锦宇新能源、智源新能、采日能源、华自科技、邦照电气等。


图:光储一体机中SiC的应用

4.新能源汽车空调

随着800V平台在新能源汽车上的兴起,在汽车空调压缩机控制器方案中,SiC MOS凭借其高压高效、贴片封装体积小等优势,成为市场首选。行业头部客户如弗迪科技、翰昂、华域三电、苏州中成、奥特佳、海立、威灵、上海光裕、重庆超力等。


图:新能源汽车空调中SiC的应用

5.大功率OBC

三相OBC电路中SiC MOS应用更高的开关频率,可以减小磁性元器件体积和重量,提高效率和功率密度,同时高系统母线电压,大大减少功率器件数量,便于电路设计,提高可靠性。


图:大功率OBC中SiC的应用

6.工业电源

工业电源主要应用于如医疗电源、激光电源、逆变焊机、大功率DC-DC电源、轨道牵引机等,需要高压、高频、高效率的应用场景。

二、竞争格局

调研机构Yole报告显示,由于SiC MOS晶圆的产能限制,头部SiC品牌如意法半导体(ST)、英飞凌科技(Infineon)、Onsemi、Wolfspeed和Rohm主力出货市场都集中在新能源汽车行业,包括电驱、OBC和 DC/DC, 新能源汽车市场在2022年占据功率SiC市场份额的70%,到2028年,预测这一比例将增长至74%。


图:SiC主要应用市场及占比

在国产碳化硅功率器件企业中,基本半导体依托强大的技术团队,以及在车规级SiC模块产品积累的丰富经验,研发推出的第二代SiC MOS在光伏储能、充电桩、工业电源、新能源汽车等领域都有量产出货,广受市场欢迎。

深圳基本半导体有限公司是中国第三代半导体创新企业,专业从事碳化硅功率器件的研发与产业化,研发覆盖碳化硅功率半导体的芯片设计、晶圆制造、封装测试、驱动应用等产业链关键环节。核心产品包括碳化硅二极管和MOSFET芯片、汽车级及工业级碳化硅功率模块、功率器件驱动器及门极驱动芯片等,性能达到国际先进水平。公司在深圳投产6英寸碳化硅芯片产线、无锡投产汽车级碳化硅功率模块专用产线;自主研发的汽车级碳化硅功率模块已收获了近20家整车厂和Tier1电控客户的30多个车型定点,成为国内第一批碳化硅模块量产上车的头部企业;采用自研芯片的碳化硅功率器件已累计出货数千万颗,服务于光伏储能、电动汽车、轨道交通、工业控制、智能电网等领域的全球数百家客户。

三、产品选型表

基本半导体第二代碳化硅MOSFET系列产品基于6英寸晶圆平台开发,比上一代产品在比导通电阻、开关损耗以及可靠性等方面表现更为出色。


图:碳化硅MOSFET


图:基本半导体SiC MOSFET产品选型表

四、总结

作为亚太区领先的电子元器件授权代理商Excelpoint世健旗下的全资子公司, Synergy世辉电子继承了良好的技术基因, 能提供一站式的器件硬件支持, 同时也在培养自己的软件工程师,后续还将提供高速电机的软件测试支持, 助力客户建立自主可控的应用开发能力,并缩短项目周期,在激烈的市场中早日占领高地。

关于世辉——世健旗下公司,助力“中国芯”发展

世辉电子(Synergy Electronics)于2019年成立香港和深圳公司,是世健系统(香港)有限公司旗下的全资子公司。作为一家具有创新力与活力的专业电子元器件分销商和解决方案供应商,世辉设有AIoT(人工智能+物联网)、PNE(电源与新能源)和Lighting(照明)三大事业部,团队成员均具有丰富的行业经验,可以为来自物联网通讯、安全、智能终端、电源、智慧能源、LED照明及智能照明等多个领域的客户,提供高品质的产品与强大的技术支持。

“芯”系中国,拥抱亚洲。世辉致力成为供应商和制造商沟通的桥梁,以热诚和专业拥抱中国市场,为原厂和客户提供最优质的服务。依托于世健在东南亚等海外地区的优质客户群体、成熟且广阔的销售网络,以及三十多年的深厚市场经验,世辉可以帮助“中国芯”积极走出国门,开拓出更广阔的市场天地,为“中国芯”的发展及成长奉献自身的一份力量。

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