產業趨勢報告|第三類半導體在電動車應用上的趨勢

Published On: 2022/09/08|Categories: 科技|

目前市售電動車的操作電壓約在300~400V,續航里程已經能夠達到燃油車水準,但是充電時間較慢仍然是最大痛點,促使電動車廠積極開發大功率的快速充電樁。為能匹配使用電動車勢必往更高電壓發展,提升到800V後可大幅減少快充電流而能採用價格較低的小直徑高壓線束,且因電池發熱量更少而可優化使用效率,於是2021年起陸續有800V以上車款問市。現在600V以下的電動車大多使用矽基MOSFET的功率元件,600V以上則是矽基IGBT。然而在電力轉換過程中,遭受高電壓、大電流衝擊的矽基功率元件較容易因發熱而損壞,為此部分廠商導入寬能隙半導體材料以解決此問題,所製作的功率元件具有更高的擊穿電壓和溫度耐受性而可靠度佳、更快的開關速度而能在高頻下工作、更低的導通電阻讓耗能更少等優勢,因而吸引越來越多車廠採用。目前著重發展的寬能隙半導體材料為氮化鎵與碳化矽,兩者的主要差異是碳化矽具有較高的耐電壓能力,適合電動車、超充站、運輸車輛、能源等需要高電壓的應用,而氮化鎵具有較快的切換頻率,適合消費電子產品、輕油電車、混合動力車,5G射頻通訊應用,如圖2所示。兩者部分區域重疊在電動車,一般600V以上高電壓、高電流應用選擇碳化矽功率元件,600V以下中電壓、高切換頻率應用採用氮化鎵功率元件。儘管碳化矽功率元件性能優異,但由於在開關特性、功耗和成本等方面各有優勢,它不會完全取代矽基IGBT或MOSFET,而是各自在非常適合應用領域內發展。

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