石油天然氣 SST-PFB-CLX 豐富的組合功能

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圖 1：半導體對許多新興綠色科技至關重要

毋庸置疑，從社會發展的角度，我們必須轉向采用可持續的替代方案。日益加劇的氣候異常和極地冰蓋的不斷縮小，清楚地證明了氣候變化影響的日益加劇。但有一個不幸的事實是，擺脫化石燃料正被證明極其困難，向綠色技術的轉變也帶來了一系列技術挑戰。無論是生產要跟上快速擴張的市場步伐，還是新解決方案努力達到現有系統產出水平，如果我們要讓化石燃料成為過去，這些難題都必須被克服。

對于電動汽車（EV）和太陽能電池板等應用，工程師面臨著更多的挑戰，因為敏感的電子元件必須在惡劣的環境中持續可靠地運行。為了進一步推動這些可持續解決方案，我們需要在元件層面進行創新，以幫助提高整個系統的效率，同時提供更強的穩健性。碳化硅（SiC）半導體作為一種能夠實現這些必要進步的技術，正迅速成為人們關注的焦點。

什么是碳化硅半導體？

作為第三代半導體技術的一部分，SiC解決方案具有寬禁帶（WBG）特性，并提供了更高水平的性能。與前幾代半導體相比，價帶頂部和導帶底部之間更大的禁帶增加了半導體從絕緣到導電所需的能量。相比之下，代和第二代半導體轉換所需的能量值在0.6 eV 至 1.5 eV 之間，而第三代半導體的轉換所需的能量值在 2.3 eV 至 3.3 eV 之間。就性能而言，WBG 半導體的擊穿電壓高十倍，受熱能激活的程度也更低。這意味著更高的穩定性、更強的可靠性、通過減少功率損耗實現更好的效率以及更高的溫度上限。

對于需要出色的高功率、高溫和高頻率性能的電動汽車和逆變器制造商來說，SiC 半導體代表著令人興奮的前景。但實際上，這種性能如何體現，半導體行業又如何做好準備以滿足潛在需求呢？

用于電動汽車的SiC

在電動汽車及其配套充電網絡中，高性能半導體是AC-DC充電站、DC-DC快速充電樁、電機逆變器系統和汽車高壓直流至低壓直流變壓器的核心。SiC 半導體將致力于優化這些系統，提供更高的效率、更高的性能上限和更快的開關速度，從而縮短充電時間，更好地利用電池容量。這可以增加電動汽車的續航里程或縮小電池體積，從而減輕車輛重量和并降低生產成本，同時提高性能，促進更廣泛的普及。

盡管比內燃機驅動的同類產品運行溫度低，電動汽車對電力電子器件來說仍然是一個極為嚴苛的環境，熱管理是設計人員必須考慮的關鍵因素。對于許多早期的硅和絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 器件來說，電動汽車內的運行條件可能會導致其在車輛使用壽命內發生故障。碳化硅解決方案的熱極限要高得多，熱傳導率平均高出 3 倍，因此更容易將熱量傳遞到周圍環境中。這就提高了可靠性，降低了冷卻要求，進一步減輕了重量并消除了封裝方面的顧慮。

碳化硅技術所帶來的峰值額定電壓和浪涌電容的提高，也為旨在縮短充電時間和減輕汽車重量的制造商提供了支持。通常情況下，大多數電動汽車基礎設施的電壓范圍在200 V 至 450 V 之間，但汽車制造商正在通過將電壓范圍提高到 800 V 來進一步提高性能。實現這一轉變的是高端車型保時捷Taycan ，但越來越多的制造商正在效仿現代汽車近發布的 Ioniq 5，該車目前采用 800 V 充電電壓，而且零售價大大降低。

但這一轉變背后的原因是什么呢？800 V 系統具有多種優勢，例如充電時間更快、電纜尺寸減小（由于電流更小）以及導通損耗減少，所有這些都有助于節省生產成本并提高性能。目前，快速充電系統依賴于昂貴的水冷電纜，而這種電纜可以被淘汰，同時，在車輛內部，較小規格的電纜可以大大減輕重量，增加車輛的續航里程。對一些制造商而言，要想獲得所需的性能提升以說服消費者采用電動汽車，就必須將電壓提升到800 V，但這一發展只有通過使用碳化硅半導體才能實現。現有的第二代半導體根本不具備在電動汽車及其充電基礎設施的惡劣環境中以如此高電壓工作所需的性能和可靠性。

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