碳化硅功率器件在充电桩中的应用有哪些？

　　充电桩刚性需求，碳化硅应用渗透加深

　　在半导体材料领域，碳化硅与氮化镓无疑是当前最炙手可热的明星。其中，碳化硅拥有高压、高频和高效率等特性，其耐高频耐高温的性能，是同等硅器件耐压的10倍。因此，碳化硅在光伏逆变器、新能源汽车的电机控制器以及充电桩等应用中，相比于传统硅器件有着很大优势。

　　伴随着新能源汽车崛起，应用需求的激剧增多，真正将碳化硅推到风口浪尖上。对于新能源电动汽车而言，目前车用功率模块主要采用IGBT，据了解，一辆电动汽车中，IGBT占据总成本近10%。但采用碳化硅材料的功率器件在新能源汽车中拥有更好的性能，如目前全球电动车出货高居第一的特斯拉，旗下model系列车型就在业内率先采用了碳化硅功率器件替代IGBT，因此拥有领先于竞争对手的电气性能，并在电池容量相当的情况下获得相比竞品更长的续航里程。

　　但目前来看，碳化硅功率器件在新能源汽车上应用还较少，原因主要在于成本限制。不过，由于使用率高，并且主要用于停车场的使用场景，所以对于充电桩而言，小体积、高可靠性便成为了刚性需求。因此，可提供高功率密度、耐高温的碳化硅功率器件，自然成为电动汽车充电桩的最佳选择。

　　碳化硅MOSFET是宽禁带高速器件，可以实现高压大电流高速开关，从而使得相关应用的实现带来革命性的变化，直流充电桩就是其中之一，碳化硅也进一步推动了直流充电桩的发展。”

　　另一方面，尽管碳化硅成本相比传统硅器件高，但在充电桩的应用中，由于功率密度提高，反而能够降低充电桩的系统成本。充电站是基础设施，其成本构成比较复杂，但城市空间成本会是主要方面之一，所以充电桩的功率密度就至关重要，碳化硅器件是实现高功率密度的关键。碳化硅器件作为高压，高速，大电流器件，简化了直流桩充电模块电路结构，提高单元功率等级，功率密度显著提高，这为降低充电桩的系统成本降低铺平了道路。”

　　碳化硅固然成本高，但其优势是否能抵消成本上的劣势，则要与使用场景相适配。具体而言，在充电桩应用最广的城市场景中，选址一般选在繁华地段，地租昂贵，因此对体积有很高要求。目前支持快充的电动汽车，充电功率可以达到150kW，近期保时捷推出的电动跑车Taycan更是将快充功率提高到250kW。可想而知，若要组建一个拥有多个快速充电桩的电动汽车充电站，则需要达到百万W级别的功率，与一个小区的用电规模相当。

　　尽管目前来看，充电桩市场中碳化硅功率器件的渗透率并不算太高，随着下游特斯拉等车企开始大量推进碳化硅解决方案，国内的厂商也将会快速跟进。以比亚迪为代表的整车厂商开始全方位布局，在充电桩以及整车中将会越来越多采用碳化硅器件。而根据CASA的预测，由于电动汽车对于充电速度的要求提升，直流充电桩的需求会进一步增长，因此碳化硅在充电桩领域的渗透将快于整车市场。

　　在面对新基建政策利好，碳化硅在新能源汽车以及充电桩领域拥有巨大市场潜力。对于国内功率器件领域的企业而言，抓住新技术的风向固然重要，但并不等同于快速扩充产能。相比之下，以市场真实需求为导向，深耕细分领域，提升产品性能更为重要。当企业规模足够时，控制成本下降，才有机会在快速增长的市场中拥有更大竞争力。

　　无锡国晶微半导体技术有限公司是宽禁带第三代半导体碳化硅SiC功率器件、氮化镓GaN光电器件以及常规集成电路研发及产业化的高科技创新型企业，从事碳化硅场效应管，碳化硅肖特基二极管、GaN光电光耦继电器、单片机集成电路等产品芯片设计、生产与销售并提供相关产品整体方案设计配套服务，总部位于江苏省无锡市高新技术开发区内，并在杭州、深圳和香港设有研发中心和销售服务支持中心及办事处。

　　公司具有国内领先的研发实力，专注于为客户提供高效能、低功耗、低阻值、品质稳定的碳化硅高低功率器件及光电集成电路产品，同时提供一站式的应用解决方案和现场技术支持服务，使客户的系统性能优异、灵活可靠，并具有成本竞争力。

　　公司的碳化硅功率器件涵盖650V/2A-100A，1200V/2A-90A，1700V/5A-80A等系列，产品已经投入批量生产，产品完全可以对标国际品牌同行的先进品质及水平。先后推出全电流电压等级碳化硅肖特基二极管、通过工业级、车规级可靠性测试的碳化硅MOSFET系列产品，性能达到国际先进水平，应用于太阳能逆变电源、新能源电动汽车及充电桩、智能电网、高频电焊、轨道交通、工业控制特种电源、国防军工等领域。由于其具有高速开关和低导通电阻的特性，即使在高温条件下也能体现优异的电气特性，大幅降低开关损耗，使元器件更小型化及轻量化，效能更高效，提高系统整体可靠性，可使电动汽车在续航里程提升10%，整车重量降低5%左右，并实现设计用充电桩的高温环境下安全、稳定运行。

　　特别在高低压光耦半导体技术方面更是拥有业内领先的研发团队。在国内创先设计开发了28nm光敏光栅开关PVG芯片技术，并成功量产应用于60V、400V、600V高低压、低内阻、低电容的光电耦合继电器芯片、涵盖1500kVrms SOP超小封装及3750kVrms隔离增强型常规SMD、DIP等不同封装，单路、双路、混合双路、常开常闭等电路产品，另包括200V SOI MOS/LIGBT集成芯片、100V CMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit单片机等集成电路产品，均获得市场及各重点科研单位、检测机构的新产品认定。

审核编辑：刘清