碳化硅與工業應用的未來

在汽車行業的引領下，碳化硅（SiC）正在成為最苛刻應用的首選材料

當今的工業應用永遠改變了電力的未來。隨著更高的功率要求和對效率重要性的強調，來自各個市場的工程師正在尋找滿足這些不斷增長的需求的答案。答案就在這里——碳化硅。

碳化硅：一種真正超越這個世界的解決方案

首先，讓我們簡要介紹一下碳化硅到底是什么，以及它與傳統硅的一些不同之處。關于SiC的一個有趣的事實是，碳化硅的碳化物成分不是天然存在的物質。事實上，碳化物最初是從隕石的碎片中發現的。其獨特的性能非常有前途，以至于今天，我們合成了用于碳化硅功率產品的硬質合金。

事實上，在過去的30+年里，Wolfspeed一直在完善SiC的使用。今天，我們確實采用沙子和煤，通過復雜的過程和外延的添加，可以生產出能夠承受當今現代系統電力需求的SiC。

這種碳化硅用于制造裸片、分立肖特基二極管和功率MOSFET，然后這些二極管和MOSFET用于分立封裝和模塊。

你可能想知道：為什么要去找所有這些麻煩？現實情況是，當涉及到最苛刻的應用時，Wolfspeed 碳化硅一次又一次地優于硅。

通過正確使用 Wolfspeed SiC，您可以實現與現有硅相比令人難以置信的高功率轉換能力。您可以提高開關速度，減少損耗和無源元件。Wolfspeed SiC還可以提高熱性能。

但是，如果沒有具體的統計數據來支持它們，所有這些陳述都毫無意義。如果實施得當，Wolfspeed SiC 可以將轉換器或逆變器的系統級損耗降低多達 50% 至 80%。此外，Wolfspeed SiC 可以幫助減小尺寸或將功率密度提高 3× 至 4×。整體系統效率可以提高幾個百分點，從而降低整個系統的損耗。這就是為什么SiC是一種針對硅的顛覆性技術。

汽車市場加速采用Wolfspeed SiC

雖然許多垂直行業都注意到了SiC獨特的性能優勢，但最大的變革驅動因素之一是汽車行業。去年，汽車原始設備制造商在汽車電氣化方面的投資超過350億美元。對于電動汽車，碳化硅是首選材料。為什么？因為汽車應用不僅要求最高水平的性能，還要求質量、供應鏈穩定性和可靠性。為此，Wolfspeed 提供一系列經過 AEC-Q10 認證的 SiC 電源產品，可用于汽車應用。

但是，為什么汽車行業如此熱衷于從傳統硅轉向SiC呢？這是一個簡單的美元和美分問題。在電動汽車中，電池一次又一次地成為最昂貴的組件。在高盛（Goldman Sachs）最近的一份報告中，他們報告說，通過實施SiC，電池成本可以降低300至600美元。

這些令人難以置信的節省是通過優化傳動系統實現的。如果您看一下城市和高速公路的組合驅動周期，原始設備制造商已經證明，通過實施SiC，他們可以將電動汽車逆變器的損耗降低多達80%。這意味著對于相同的電池尺寸和成本，您可以擁有更長的續航里程。相反，您也可以潛在地減小電池的尺寸和成本。因此，從定價角度來看，將SiC引入動力傳動系統的微小附加值遠遠超過性能節省。

此外，當您減少損失時，您可以減輕汽車冷卻系統的一些負擔。根據高盛（Goldman Sachs）的說法，這里節省的費用相當于每輛車500至1，000美元。

電動汽車電池只是受益于碳化硅功能的一個汽車領域。另一個巨大的增長領域是非車載充電，特別是快速充電的DC-DC站。當配備碳化硅時，這些快速充電站的能源效率更高，尺寸和成本更小，可靠性更高。

事實上，碳化硅已被證明可以在電動汽車快速充電應用中將整體系統損耗降低 30%。此外，SiC可以大大提高功率密度，因此快速充電站更小，更快，更好。

Wolfspeed SiC：為太陽能的未來提供動力

SiC的另一個重要增長領域是太陽能和儲能。雖然多年來這一直是碳化硅最受歡迎的應用，但由Wolfspeed領導的碳化硅的最新進展，以及對替代能源的日益重視，進一步激發了這個市場（雙關語）。

那么，為什么Wolfspeed SiC成為太陽能應用的最愛呢？舉個真實的例子：如果你有一個50或60kW的逆變器，并將Wolfspeed SiC技術換成升壓轉換器，與硅相比，你可以將開關頻率提高2×到3×。反過來，這大大減少了您的磁性元件，從而節省了大量空間并顯著降低了成本。

沃爾夫速度碳化硅滿足當今 IT 系統的需求

在企業IT行業中，現代數據中心正在增加對服務器的需求，這些服務器不僅具有令人難以置信的高性能，而且具有高能效。能源之星效率法規不斷發展，如今，鈦能源之星標準只是要求比傳統硅更高的效率。

工業應用的碳化硅機會持續增長

從電機驅動器到太陽能逆變器，從工業設備到制造設備，甚至機器人，所有這些系統都有一個共同的主電源路徑。一般來說，在幾乎所有這些系統中，這種電源都來自輔助電源——碳化硅可以幫助提高這些系統的效率、可靠性和性能。

事實上，SiC不僅可以提高效率并降低許多工業應用的冷卻要求，還可以通過減少無源元件和實現更簡單的設計（例如用反激式轉換器代替其他更復雜的設計）來幫助簡化設計，而不會犧牲性能。

審核編輯：郭婷