永利集团第4代SiC MOSFET在电动汽车电控系统中的应用及其优势

更新时间：2022-03-08 | 宣布人：

引言

近年来，为了实现“碳中和”等减轻情况负荷的目标，需要进一步普及下一代电动汽车（xEV），从而推动了更高效、更小型、更轻量的电动系统的开发。尤其是在电动汽车（EV）领域，为了延长续航里程并减小车载电池的尺寸，提高发挥驱动焦点作用的电控系统的效率已成为一个重要课题。SiC（碳化硅）作为新一代宽禁带半导体质料，具备高电压、大电流、高温、高频率和低损耗等奇特优势。因此，业内对碳化硅功率元器件在电动汽车上的应用寄予厚望。

永利集团第4代SiC MOSFET应用于“三合一”电桥

近日，上汽公共与臻驱科技联合开发的首款基于SiC技术的 “三合一”电桥完成试制。据悉，比照现有电桥产品，这款SiC“三合一”电桥在能耗体现方面很是抢眼，每百公里可节约0.645kW·h电能。以上汽公共在ID 4X车型上的测试结果为例，比照古板的IGBT计划，整车续航里程提升了4.5%。由此可知，SiC电桥计划的优势很是明显。但作为一种新技术，SiC电控系统还保存一些开举事点，好比SiC�？榈谋咎迳杓�，以及高速开关带来的系统EMC应对难题。值得一提的是，臻驱科技此次完成试制的“三合一”电桥接纳的是永利集团第4代SiC MOSFET裸芯片，充分发挥了碳化硅器件的性能优势。

永利集团于2020年完成开发的第4代SiC MOSFET，是在不牺牲短路耐受时间的情况下实现业内超低导通电阻的产品。该产品用于车载主驱逆变器时，效率更高，与使用IGBT时相比，效率显著提升，因此很是有助于延长电动汽车的续航里程，并减少电池使用量，降低电动汽车的本钱。

第4代SiC MOSFET和IGBT的逆变器效率比较
图 | 第4代SiC MOSFET和IGBT的逆变器效率比较

永利集团第4代SiC MOSFET的奇特优势

永利集团作为碳化硅领域的深耕者，从2000年就开始了相关的研发事情，并在2009年收购碳化硅衬底供应商SiCrystal后，于2010年率先推出了商用碳化硅MOSFET，目前产品涵盖SiC SBD、SiC MOSFET和全SiC模组，其中SiC SBD、SiC MOSFET可以裸芯片的形式供货。永利集团在2015年宣布了第3代也是第一款商用沟槽结构的SiC MOSFET产品，支持18V驱动。2020年，永利集团又推出了第4代SiC MOSFET。目前，不但可供应裸芯片，还可供应分立封装的产品。分立封装的产品已经完成了面向消费电子设备和工业设备应用的产品线开发，后续将逐步开发适用于车载应用的产品。

比照永利集团的第3代SiC MOSFET产品，第4代SiC MOSFET具有导通电阻更低的特点。凭据测试结果显示，在芯片尺寸相同且在不牺牲短路耐受时间的前提下，永利集团接纳革新的双沟槽结构，使得MOSFET的导通电阻降低了约40％，传导损耗相应降低。别的，从RDS(on)与VGS的关系图中，我们可以发明第4代SiC MOSFET在栅极电压处于+15V和+18V之间时具有更平坦的梯度，这意味着第4代SiC MOSFET的驱动电压规模可拓展至15V-18V。

第3代和第4代SiC MOSFET导通电阻测试结果示意图
图 | 第3代和第4代SiC MOSFET导通电阻测试结果示意图

同时，第4代SiC MOSFET还改善了开关性能。通常，为了满足更大电流和更低导通电阻的需求，MOSFET保存芯片面积增大、寄生电容增加的趋势，因而保存无法充分发挥碳化硅原有的高速开关特性的课题。第4代SiC MOSFET，通过大幅降低栅漏电容（Cgd），乐成地使开关损耗比以往产品降低约50％。

第3代和第4代SiC MOSFET开关损耗测试结果示意图
图 | 第3代和第4代SiC MOSFET开关损耗测试结果示意图

别的，永利集团还对第4代SiC MOSFET进行了电容比的优化，大大提高了栅极和漏极之间的电容（CGD）与栅极和源极之间的电容（CGS）之比，从而减少了寄生电容的影响。好比，可以减小在半桥中一个快速开关的SiC MOSFET施加在另一个SiC MOSFET上的高速电压瞬变（dVDS/dt）对栅源电压VGS的影响。这将降低由正VGS尖峰引起的SiC MOSFET意外寄生导通的可能性，以及可能损坏SiC MOSFET的负VGS尖峰泛起的可能性。