一文了解SiC MOS的應用

作為第三代半導體產業(yè)發(fā)展的重要基礎材料，碳化硅MOSFET具有更高的開關頻率和使用溫度，能夠減小電感、電容、濾波器和變壓器等組件的尺寸，提高系統(tǒng)電力轉換效率，并且降低對熱循環(huán)的散熱要求。在電力電子系統(tǒng)中，應用碳化硅MOSFET器件替代傳統(tǒng)硅IGBT器件，可以實現(xiàn)更低的開關和導通損耗，同時具有更高的阻斷電壓和雪崩能力，顯著提升系統(tǒng)效率及功率密度，從而降低系統(tǒng)綜合成本。

圖 SiC/Si器件效率對比

一、行業(yè)典型應用

碳化硅MOSFET的主要應用領域包括：充電樁電源模塊、光伏逆變器、光儲一體機、新能源汽車空調、新能源汽車OBC、工業(yè)電源、電機驅動等。

1.充電樁電源模塊

與下游數(shù)量較多的充電樁制造商和運營商不同，目前充電模塊行業(yè)玩家數(shù)量有限。歷經過去幾年的激烈競爭，行業(yè)逐漸出清。目前主流企業(yè)僅10家左右，包括特來電、盛弘股份、科華恒盛等為代表的自產自用型；以及英飛源、優(yōu)優(yōu)綠能、星源博睿、英可瑞等為代表的外供型兩類。

隨著新能源汽車800V平臺的出現(xiàn)，主流充電模塊也從之前主流的15、20kW向30、40kW發(fā)展，輸出電壓范圍300Vdc-1000Vdc，并且具備雙向充電功能，以達到V2G/V2H等技術要求。因此，越來越多充電模塊企業(yè)開始采用SiC MOS方案。

圖 新能源充電樁中SiC的應用

2.光伏逆變器

在全球可再生能源的大力發(fā)展以及“雙碳”戰(zhàn)略目標的推動下，全球光伏產業(yè)迅速擴張，光伏逆變器市場整體也呈現(xiàn)高速發(fā)展趨勢。根據(jù)海關總署數(shù)據(jù)，從出貨情況來看，2023逆變器累計出口99.54億美元，同比+11%。

經過多年的市場競爭，當前我國光伏逆變器行業(yè)已經形成較為集中、整體競爭較為充分的格局。同時，國內知名逆變器品牌仍保持快速增長，出貨量及全球市場占有率也在穩(wěn)步提升。數(shù)據(jù)顯示，2022年全球光伏逆變器供應商出貨量市場排名前五的企業(yè)是：陽光電源、華為、古瑞瓦特、錦浪科技和SMA。而在研究機構BNEF公布的“全球最具融資價值光伏逆變器品牌”前十名榜單中，也有6家中國逆變器企業(yè)入圍，其中，正泰電源、華為、陽光電源居于前三，錦浪、特變電工、固德威也位列其中。

圖 光伏逆變器中SiC的應用

3.光儲一體機

光儲一體機采用電力電子控制技術，通過智能控制實現(xiàn)能量轉移，協(xié)調控制光伏與儲能電池，平抑功率波動，并通過儲能變流技術輸出滿足標準要求的交流電能向負載供電，滿足用戶側多場景應用，廣泛應用于離網光伏電站、分布式后備電源、儲能電站等場合。國內光儲一體機生產企業(yè)主要有：科陸電氣、盛弘股份、興儲世紀、時代能創(chuàng)、精石電氣、錦宇新能源、智源新能、采日能源、華自科技、邦照電氣等。

圖 光儲一體機中SiC的應用

4.新能源汽車空調

隨著800V平臺在新能源汽車上的興起，在汽車空調壓縮機控制器方案中，SiC MOS憑借其高壓高效、貼片封裝體積小等優(yōu)勢，成為市場首選。行業(yè)頭部客戶如弗迪科技、翰昂、華域三電、蘇州中成、奧特佳、海立、威靈、上海光裕、重慶超力等。

圖 新能源汽車空調中SiC的應用

5.大功率OBC

三相OBC電路中SiC MOS應用更高的開關頻率，可以減小磁性元器件體積和重量，提高效率和功率密度，同時高系統(tǒng)母線電壓，大大減少功率器件數(shù)量，便于電路設計，提高可靠性。

圖 大功率OBC中SiC的應用

6.工業(yè)電源

工業(yè)電源主要應用于如醫(yī)療電源、激光電源、逆變焊機、大功率DC-DC電源、軌道牽引機等，需要高壓、高頻、高效率的應用場景。

二、競爭格局

調研機構Yole報告顯示，由于SiC MOS晶圓的產能限制，頭部SiC品牌如意法半導體（ST）、英飛凌科技（Infineon）、Onsemi、Wolfspeed和Rohm主力出貨市場都集中在新能源汽車行業(yè)， 包括電驅、OBC和 DC/DC， 新能源汽車市場在2022年占據(jù)功率SiC市場份額的70%，到2028年，預測這一比例將增長至74%。

圖 SiC主要應用市場及占比

在國產碳化硅功率器件企業(yè)中，基本半導體依托強大的技術團隊，以及在車規(guī)級SiC模塊產品積累的豐富經驗，研發(fā)推出的第二代SiC MOS在光伏儲能、充電樁、工業(yè)電源、新能源汽車等領域都有量產出貨，廣受市場歡迎。

深圳基本半導體有限公司是中國第三代半導體創(chuàng)新企業(yè)，專業(yè)從事碳化硅功率器件的研發(fā)與產業(yè)化，研發(fā)覆蓋碳化硅功率半導體的芯片設計、晶圓制造、封裝測試、驅動應用等產業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)。核心產品包括碳化硅二極管和MOSFET芯片、汽車級及工業(yè)級碳化硅功率模塊、功率器件驅動器及門極驅動芯片等，性能達到國際先進水平。公司在深圳投產6英寸碳化硅芯片產線、無錫投產汽車級碳化硅功率模塊專用產線；自主研發(fā)的汽車級碳化硅功率模塊已收獲了近20家整車廠和Tier1電控客戶的30多個車型定點，成為國內第一批碳化硅模塊量產上車的頭部企業(yè)；采用自研芯片的碳化硅功率器件已累計出貨數(shù)千萬顆，服務于光伏儲能、電動汽車、軌道交通、工業(yè)控制、智能電網等領域的全球數(shù)百家客戶。

三、產品選型表

基本半導體第二代碳化硅MOSFET系列產品基于6英寸晶圓平臺開發(fā)，比上一代產品在比導通電阻、開關損耗以及可靠性等方面表現(xiàn)更為出色。

圖 碳化硅MOSFET

圖 基本半導體SiC MOSFET產品選型表

四、總結

作為亞太區(qū)領先的電子元器件授權代理商Excelpoint世健旗下的全資子公司, Synergy世輝電子繼承了良好的技術基因, 能提供一站式的器件硬件支持, 同時也在培養(yǎng)自己的軟件工程師,后續(xù)還將提供高速電機的軟件測試支持, 助力客戶建立自主可控的應用開發(fā)能力,并縮短項目周期,在激烈的市場中早日占領高地。