碳化硅与工业应用的未来

在汽车行业的引领下，碳化硅（SiC）正在成为最苛刻应用的首选材料

当今的工业应用永远改变了电力的未来。随着更高的功率要求和对效率重要性的强调，来自各个市场的工程师正在寻找满足这些不断增长的需求的答案。答案就在这里——碳化硅。

碳化硅：一种真正超越这个世界的解决方案

首先，让我们简要介绍一下碳化硅到底是什么，以及它与传统硅的一些不同之处。关于SiC的一个有趣的事实是，碳化硅的碳化物成分不是天然存在的物质。事实上，碳化物最初是从陨石的碎片中发现的。其独特的性能非常有前途，以至于今天，我们合成了用于碳化硅功率产品的硬质合金。

事实上，在过去的30+年里，Wolfspeed一直在完善SiC的使用。今天，我们确实采用沙子和煤，通过复杂的过程和外延的添加，可以生产出能够承受当今现代系统电力需求的SiC。

这种碳化硅用于制造裸片、分立肖特基二极管和功率MOSFET，然后这些二极管和MOSFET用于分立封装和模块。

你可能想知道：为什么要去找所有这些麻烦？现实情况是，当涉及到最苛刻的应用时，Wolfspeed 碳化硅一次又一次地优于硅。

通过正确使用 Wolfspeed SiC，您可以实现与现有硅相比令人难以置信的高功率转换能力。您可以提高开关速度，减少损耗和无源元件。Wolfspeed SiC还可以提高热性能。

但是，如果没有具体的统计数据来支持它们，所有这些陈述都毫无意义。如果实施得当，Wolfspeed SiC 可以将转换器或逆变器的系统级损耗降低多达 50% 至 80%。此外，Wolfspeed SiC 可以帮助减小尺寸或将功率密度提高 3× 至 4×。整体系统效率可以提高几个百分点，从而降低整个系统的损耗。这就是为什么SiC是一种针对硅的颠覆性技术。

汽车市场加速采用Wolfspeed SiC

虽然许多垂直行业都注意到了SiC独特的性能优势，但最大的变革驱动因素之一是汽车行业。去年，汽车原始设备制造商在汽车电气化方面的投资超过350亿美元。对于电动汽车，碳化硅是首选材料。为什么？因为汽车应用不仅要求最高水平的性能，还要求质量、供应链稳定性和可靠性。为此，Wolfspeed 提供一系列经过 AEC-Q10 认证的 SiC 电源产品，可用于汽车应用。

但是，为什么汽车行业如此热衷于从传统硅转向SiC呢？这是一个简单的美元和美分问题。在电动汽车中，电池一次又一次地成为最昂贵的组件。在高盛（Goldman Sachs）最近的一份报告中，他们报告说，通过实施SiC，电池成本可以降低300至600美元。

这些令人难以置信的节省是通过优化传动系统实现的。如果您看一下城市和高速公路的组合驱动周期，原始设备制造商已经证明，通过实施SiC，他们可以将电动汽车逆变器的损耗降低多达80%。这意味着对于相同的电池尺寸和成本，您可以拥有更长的续航里程。相反，您也可以潜在地减小电池的尺寸和成本。因此，从定价角度来看，将SiC引入动力传动系统的微小附加值远远超过性能节省。

此外，当您减少损失时，您可以减轻汽车冷却系统的一些负担。根据高盛（Goldman Sachs）的说法，这里节省的费用相当于每辆车500至1，000美元。

电动汽车电池只是受益于碳化硅功能的一个汽车领域。另一个巨大的增长领域是非车载充电，特别是快速充电的DC-DC站。当配备碳化硅时，这些快速充电站的能源效率更高，尺寸和成本更小，可靠性更高。

事实上，碳化硅已被证明可以在电动汽车快速充电应用中将整体系统损耗降低 30%。此外，SiC可以大大提高功率密度，因此快速充电站更小，更快，更好。

Wolfspeed SiC：为太阳能的未来提供动力

SiC的另一个重要增长领域是太阳能和储能。虽然多年来这一直是碳化硅最受欢迎的应用，但由Wolfspeed领导的碳化硅的最新进展，以及对替代能源的日益重视，进一步激发了这个市场（双关语）。

那么，为什么Wolfspeed SiC成为太阳能应用的最爱呢？举个真实的例子：如果你有一个50或60kW的逆变器，并将Wolfspeed SiC技术换成升压转换器，与硅相比，你可以将开关频率提高2×到3×。反过来，这大大减少了您的磁性元件，从而节省了大量空间并显着降低了成本。

沃尔夫速度碳化硅满足当今 IT 系统的需求

在企业IT行业中，现代数据中心正在增加对服务器的需求，这些服务器不仅具有令人难以置信的高性能，而且具有高能效。能源之星效率法规不断发展，如今，钛能源之星标准只是要求比传统硅更高的效率。

工业应用的碳化硅机会持续增长

从电机驱动器到太阳能逆变器，从工业设备到制造设备，甚至机器人，所有这些系统都有一个共同的主电源路径。一般来说，在几乎所有这些系统中，这种电源都来自辅助电源——碳化硅可以帮助提高这些系统的效率、可靠性和性能。

事实上，SiC不仅可以提高效率并降低许多工业应用的冷却要求，还可以通过减少无源元件和实现更简单的设计（例如用反激式转换器代替其他更复杂的设计）来帮助简化设计，而不会牺牲性能。

审核编辑：郭婷