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一文看懂氮化镓和碳化硅在混合动力汽车中的作用

2018-03-25 09:32 次阅读

欧盟制定了一个雄心勃勃的目标,即到2050年将其总体温室气体排放量降低至少80%。要实现该目标,汽车行业的贡献将非常重要。美国企业平均燃油经济性(CAFE)标准虽然很可能要经受特朗普政府的审查,但它在改善车辆的环境保护方面发挥了重要作用。如果这些标准保持不变,汽车制造商将需要在各个方面明显改善燃油的经济性,预计到2022年将达到每加伦汽油49英里(49mpg)的平均水平。

如果要实现所有这些目标,使电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)具备更大的市场占有率将变得至关重要。根据彭博新能源财经(Bloomberg New Energy Finance)进行的分析预测,到2040年,电动汽车将占全球汽车年出货量的35%(相当于4100万辆)。但是,这些距离我们今天市场看到的情况仍然存在着巨大的差距。除挪威(现在销售的超过20%的汽车是插电式电动汽车)和荷兰(电动汽车拥有接近10%的市场占有率)之外,包括德国、美国、中国、法国、英国和日本等全球领先的经济体,电动汽车的市场占有率都低于1.5%。

要实现从内燃机型的汽车发动机到更环保的HEV/EV型汽车的重大转变,必须克服的核心挑战就是非常重要的功率电子技术。购买汽车时消费者需要支付一笔不太情愿的初始投资,这些高昂的费用主要来自电源逆变器和储能元件的成本。其他主要的挑战包括充电一次汽车所能行驶的距离以及充电过程的时间长短。同样,这些问题也源于所使用的功率电子。

提高电源的效率水平将有助于使逆变器体积更小,因此也具有更高的性能价格比。这也将使它们变得更轻,从而使车辆能够行驶更远的距离。同时,氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)等宽带隙技术的出现提供了可以避免硅器件中固有功率损失的技术途径。 GaN和SiC都比硅器件具有更高的电子迁移率和更低的RDS [ON]参数,它们还支持高开关速度,并具有更高的击穿电压和更高的导热性能(尤其是SiC)。提高功率转换效率可为热管理带来很多好处。例如,散热问题变得不再那么令人担心,因而使材料清单成本更低,占用空间更少,同时仍然保持高的可靠性。

GaN Systems公司的GS6650x系列氮化镓晶体管针对HEV/EV设计中的高压系统(高达650V)而进行了优化,由于采用了该公司专有的Island Technology,可以不再需要母线排(bus bars),因而能够节省空间。这些晶体管还可以垂直地从芯片上得到电流,能够降低电感损耗并实现更高的品质因数(FoM)值。这反过来又有助于减轻饱和电压和开关损耗之间的折衷,该系列产品采用GANPX™封装,尽管外形紧凑,也能够确保电感和热阻都得到有效抑制。

同样, Panasonic’s X-GaN系列增强模式氮化镓功率晶体管器件都具有更高的击穿电压(600V以上),同时只需占用最小的PCB空间和数量非常有限的附加无源组件。

图1:用于HEV/EV设计的GaN Systems的GS6650x系列氮化镓晶体管。

图2:传统的MOS硅晶体管与Panasonic’s X-GaN™器件的外形比较。

GeneSiC在其GA100SIC系列产品上结合了先进的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的低损耗与SiC二极管,通过用基于SiC的肖特基整流器(SiC-based Schottky rectifiers)取代传统的硅续流二极管(freewheeling diodes),开关性能得到大幅度提升。

这里列举的是碳化硅和氮化镓领域产品创新的几个例子,仅供汽车工程师实施下一代功率逆变器技术时参考。

由于采用宽带隙化合物的功率分立器件能够支持更高电压和更快的开关速度,因此注定是未来HEV/EV动力系统所依赖的基础。这些新兴半导体材料所拥有的巨大潜力才刚刚开始得到认可。

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FFSB0665A SiC二极管 -  650V 6A D2PAK

Navitas受邀“上汽大众”路演 创新型氮化镓技术脱颖而出

纳微半导体今天宣布受邀参加上汽大众站“Winnovation:Wins In Innovation”....
发表于 07-31 16:22 1169次 阅读
Navitas受邀“上汽大众”路演 创新型氮化镓技术脱颖而出

不同衬底风格的GaN之间有什么区别?

氮化镓(GaN)这种宽带隙材料将引领射频功率器件新发展并将砷化镓(GaAs)和LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)器件变成昨日...
发表于 07-31 07:54 110次 阅读
不同衬底风格的GaN之间有什么区别?

什么是氮化镓(GaN)?

氮化镓南征北战纵横半导体市场多年,无论是吊打碳化硅,还是PK砷化镓。氮化镓凭借其禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱...
发表于 07-31 06:53 53次 阅读
什么是氮化镓(GaN)?

为什么使用氮化镓?

TI始终引领着提倡开发和实施全面性方法,确保在严苛操作环境下,GaN设备也能够可靠地运行和具有出色的使用寿命。为此,我们用...
发表于 07-31 06:19 34次 阅读
为什么使用氮化镓?

Power Integrations全新InnoSwitch3AC-DC变换器IC可提供100W的功率输出

深耕于高压集成电路高能效功率转换领域的知名公司Power Integrations(纳斯达克股票代号....
发表于 07-26 15:15 178次 阅读
Power Integrations全新InnoSwitch3AC-DC变换器IC可提供100W的功率输出

基于氮化镓的5G关键技术

作者:David Schnaufer 和 Bror Peterson,Qorvo 运营商提供商经常谈论他们各自的网络如何提供更高的容量、更低的延迟和...
发表于 07-26 07:56 50次 阅读
基于氮化镓的5G关键技术

中国保持了原有的镓产市场的主导地位但是尚未引起关注

伦敦罗斯基尔信息服务公司的顾问Alexandra Feytis说,由于中国保持了原有的镓产量,大多数....
的头像 5G 发表于 07-25 20:07 797次 阅读
中国保持了原有的镓产市场的主导地位但是尚未引起关注

罗姆碳化硅方案在新能源汽车上的应用

随着半导体产业的不断进步,硅作为一种传统的半导体材料已经无法满足某些市场新需求,第三代半导体材料成为....
的头像 宽禁带半导体技术创新联盟 发表于 07-25 15:21 659次 阅读
罗姆碳化硅方案在新能源汽车上的应用

啥是碳化硅(SiC)?SiC和Si性能大比拼

SiC在天然环境下非常罕见,最早是人们在太阳系刚诞生的46亿年前的陨石中,发现了少量这种物质,所以它....
的头像 CINNO 发表于 07-24 10:10 1433次 阅读
啥是碳化硅(SiC)?SiC和Si性能大比拼

SiC需求增长快于供应(内附SiC器件主要供应商)

宽禁带半导体材料越来越受行业欢迎。在碳化硅(SiC)正处于大力扩张之时,供应商都在努力满足SiC功率....
的头像 渔翁先生 发表于 07-19 16:59 5290次 阅读
SiC需求增长快于供应(内附SiC器件主要供应商)

电动汽车市场首次超越插电式混合动力汽车

自2014年12月以来,纯电动汽车首次超越插电式混合动力汽车市场,因为电动汽车市场继续从PHEV转向....
发表于 07-11 08:43 761次 阅读
电动汽车市场首次超越插电式混合动力汽车

碳化硅深层的特性

碳化硅的颜色,纯净者无色透明,含杂质(碳、硅等)时呈蓝、天蓝、深蓝,浅绿等色,少数呈黄、黑等色。加温至700℃时不褪色。金刚光...
发表于 07-04 04:20 171次 阅读
碳化硅深层的特性

Power Integration推出门极驱动器系统 可支持不同功率模块

美国加利福尼亚州圣何塞,近日深耕于中高压逆变器应用门极驱动器技术领域的知名公司Power Integ....
的头像 PI电源芯片 发表于 07-02 16:57 585次 阅读
Power Integration推出门极驱动器系统 可支持不同功率模块

英飞凌碳化硅SiC占比充电桩市场份额超过五成

第三代半导体材料碳化硅的发展在功率器件市场成为绝对的焦点。全球功率器件龙头厂商英飞凌持续投入碳化硅器....
的头像 GaN世界 发表于 07-02 16:33 901次 阅读
英飞凌碳化硅SiC占比充电桩市场份额超过五成

电动汽车或将是未来的混合动力汽车

在过去的几年里,运动型多功能车专家Mahindra&Mahindra (M&M)在电动汽车技术方面投....
发表于 07-02 15:07 834次 阅读
电动汽车或将是未来的混合动力汽车

碳化硅的历史与应用介绍

硅与碳的唯一合成物就是碳化硅(SiC),俗称金刚砂。SiC 在自然界中以矿物碳硅石的形式存在,但十分稀少。不过,自1893 年以来...
发表于 07-02 07:14 444次 阅读
碳化硅的历史与应用介绍

基本半导体亮相PCIM Asia,共创“芯”未来

6月26日至28日,备受瞩目的PCIM Asia 2019(上海国际电力元件、可再生能源管理展览会)....
发表于 06-29 09:26 198次 阅读
基本半导体亮相PCIM Asia,共创“芯”未来

总投资10亿元 百识第三代半导体项目落户南京浦口

近日,南京百识半导体股份有限公司(以下简称“百识”)第三代半导体项目正式落户南京浦口经济开发区(以下....
的头像 半导体前沿 发表于 06-21 09:41 1151次 阅读
总投资10亿元 百识第三代半导体项目落户南京浦口

9.58亿美元!美军与雷达制造商签署基于氮化镓的雷达订单

美国海军陆战队与全球最大的雷达制造商诺斯洛普·格鲁门(Northrop Grumman)签订了一份价....
的头像 MEMS 发表于 06-20 14:19 588次 阅读
9.58亿美元!美军与雷达制造商签署基于氮化镓的雷达订单

美军基于氮化镓的雷达订单由诺斯洛普执行 价值9.58亿美元

据报道,美国海军陆战队与全球最大的雷达制造商诺斯洛普·格鲁门(Northrop Grumman)签订....
的头像 GaN世界 发表于 06-20 09:42 647次 阅读
美军基于氮化镓的雷达订单由诺斯洛普执行 价值9.58亿美元

QORVO推出MMIC功率放大器为应用提供业界最高功率的解决方案

Qorvo今日宣布,推出 MMIC 功率放大器,该放大器在 32-38GHz 频段提供超过 10 瓦....
发表于 06-12 16:55 346次 阅读
QORVO推出MMIC功率放大器为应用提供业界最高功率的解决方案

CISSOID和中科院电工所建立战略合作关系 推动碳化硅功率器件广泛应用

各行业所需高温半导体解决方案的领导者CISSOID日前宣布:公司已与中国科学院电工研究所(简称中科院....
的头像 宽禁带半导体技术创新联盟 发表于 06-11 14:50 604次 阅读
CISSOID和中科院电工所建立战略合作关系 推动碳化硅功率器件广泛应用

CISSOID和中科院电工所建立战略合作关系 共同推动碳化硅功率器件应用

高温半导体解决方案供应商CISSOID日前宣布:公司已与中国科学院电工研究所(简称中科院电工所)达成....
发表于 06-10 14:10 628次 阅读
CISSOID和中科院电工所建立战略合作关系 共同推动碳化硅功率器件应用

罗姆即将亮相2019 PCIM Asia上海国际电力元件、可再生能源管理展览会

全球知名半导体制造商罗姆将于2019年6月26至28日参加在上海世博展览馆举办的PCIM Asia ....
发表于 06-05 15:16 224次 阅读
罗姆即将亮相2019 PCIM Asia上海国际电力元件、可再生能源管理展览会

氮化镓作为第三代半导体材料,或成5G时代的最大受益者之一

GaN器件则以高性能特点广泛应用于通信、国防等领域,在5G 时代需求将迎来爆发式增长。
的头像 厦门市物联网行业协会 发表于 06-04 16:56 4496次 阅读
氮化镓作为第三代半导体材料,或成5G时代的最大受益者之一

支持瓦特到千瓦级应用的氮化镓技术

毫无疑问,氮化镓在半导体竞争中处于领先地位,可用于超级电源开关。
的头像 宽禁带半导体技术创新联盟 发表于 05-31 15:35 881次 阅读
支持瓦特到千瓦级应用的氮化镓技术

鑫谷将重磅发布全新昆仑电源概念版 引入氮化镓半导体应用技术有望冲击95%的超高转换效率

台北的五月皎阳似火,滚滚热浪将肉眼可见的光线变得弯曲涨裂,如置身于凤凰涅槃的火海。而更让人心潮激荡的....
发表于 05-24 15:18 265次 阅读
鑫谷将重磅发布全新昆仑电源概念版 引入氮化镓半导体应用技术有望冲击95%的超高转换效率