深度解析SiC功率器件及其应用（下）

▌新能源汽车及充电桩电源模块

新能源汽车行业的快速发展带动了充电柱的需求增长，对新能源电动汽车而言，提升充电速度和降低充电成本是行业发展的两大目标。

新能源汽车是碳化硅功率器件市场的主要增长驱动因素，未来有可能成为碳化硅器件最大的下游市场。

目前新能源汽车系统架构中涉及到功率器件的组件包括：电机驱动系统中的主逆变器、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载DC-DC）和非车载充电桩。

根据Cree提供的测算:将纯电动汽车逆变器中的功率组件改成SiC时,大概可以减少整车功耗5%-10%，能够显著降低电力电子系统的体积、重量和成本。

据Yole统计，2018年，国际上有20多家汽车厂商已经在车载充电机（OBC）中使用SiCSBD或SiCMOSFET；美国特斯拉公司的Model3车型采用了意法半导体生产的以24个SiCMOSFET为功率模块的逆变器，是第一家在主逆变器中集成全碳化硅功率器件的厂商。

根据现有方案，每辆纯电动使用的功率半导体价值约400美元，而传统燃油车使用的功率器半导体的价值约为70美元，是纯电动汽车的六分之一，随着新能源汽车的发展的市占率的增加，对第三代功率器件的需求量也会日益增加，有望成为SiC功率半导体新的增长点。

▼SiC器件在四个关键领域提升电动汽车的系统效率

以新能源车中应用SiCMOS为例，根据Cree提供的测算:将纯电动车BEV逆变器中的功率组件改成SiC时,大概可以减少整车功耗5%-10%；这样可以提升续航能力，或者减少动力电池成本。

▼SiC MOS多种优势带动电动车续航力提升

同时碳化硅器件在充电桩领域也将大有可为，可以有效减小充电桩体积，提高充电速度。

在充电桩电源模块中使用SiC器件，可以实现充电桩电源模块的高效化和高功率化，进而实现充电速度的提升和充电成本的降低。

快速充电桩是将外部交流电,透过IGBT或者SiCMOSFET转变为直流电,然后直接对新能源汽车电池进行充电，对于损耗和其自身占用体积问题也很敏感。

因此不考虑成本，SiCMOSFET比IGBT更有前景和需求，由于目前SiC的成本较高，因此会在高功率规格的快速充电桩首先导入。

▌大数据中心、工业互联网——服务器电源

服务器电源是服务器能源库，服务器提供电能，保证服务器系统正常运行。

在服务器电源中使用碳化硅功率器件，可以提升服务器电源的功率密度和效率，整体上缩小数据中心的体积，实现数据中心整体建设成本的降低，同时实现更高的环保效率。

例如，在3kW服务器电源模块中，在图腾柱PFC中使用碳化硅MOSFET可以显著提升服务器电源的效率，实现更高的效率要求。

▌特高压——应用柔性输电直流断路器

特高压作为大型系统工程，将催发从原材料和元器件等一系列的需求，而功率器件是输电端特高压直流输电中FACTS柔性输电技术和变电端电力电子变压器（PET）的关键器件。

直流断路器作为柔性直流输电的关键部分之一，其可靠性对整个输电系统的稳定性有着较大影响。

使用传统硅基器件设计直流断路器需要多级子单元串联，在直流断路器中使用高电压碳化硅器件可以大大减少串联子单元数量，是行业研究的重点方向。

▌城际高铁和城际轨道交通——牵引变流器、电力电子变压器、辅助变流器、辅助电源

未来轨道交通对电力电子装置，比如牵引变流器、电力电子电压器等提出了更高的要求。

采用碳化硅功率器件可以大幅度提高这些装置的功率密度和工作效率，将有助于明显减轻轨道交通的载重系统。

碳化硅器件可以实现设备进一步高效率化和小型化，在轨道交通方面具有巨大的技术优势。

日本新干线N700S已经率先在牵引变流器中使用碳化硅功率器件，大幅降低整车的重量，实现更高的运载效率和降低运营成本。