400kW大功率剛需驅動，SiC在充電樁市場的應用進展如何？

電子發燒友網報道（文/梁浩斌）碳化硅在新能源領域的應用近年來進展神速，自去年開始，多家車企的新車型在主驅逆變器或是在OBC上都采用了碳化硅器件，比如蔚來ET5/7、SMART精靈、小鵬G9、比亞迪海豹、路特斯Eletre等。今年則更加普遍，包括極氪009/X、小鵬G6，雷克薩斯RZ、現代IONIQ 6等等，還有更多車企已經官宣在未來的車型中采用SiC技術。

作為新能源汽車的重要配套設施，近年來充電樁也在國家政策以及新能源汽車快充需求推動下持續發展，大功率充電樁逐步開始鋪開。

SiC相比傳統硅基功率半導體，在大功率、高電壓的應用場景中具有很大的優勢，因此充電樁一直以來都是SiC行業的重要目標市場之一。如今在新能源汽車上風生水起的SiC器件，在充電樁市場的表現又如何？

充電模塊功率密度需求驅動，SiC二極管率先上樁

為了解決電動汽車補能痛點，大功率快充是大部分車企選擇的路線，在800V平臺的應用下，充電功率可以輕松超過200kW，而一些車型通過采用更高充電倍率的電池包，快充功率可以超過400kW。

于是，以往的120kW、180kW等規格的充電樁功率已經無法滿足目前新能源汽車的需求，400kW以上的大功率充電樁，是目前行業的重要發展方向。

不過對于SiC的應用，威兆半導體產品總監陳銀認為，由于技術上的一些難點，短期來看200kW內的充電樁SiC應用會相比400kW充電樁增速更快。

“400KW超大功率充電樁，是一個重要的產品發展方向。相信400KW會有廠商不斷加入進來，但短時間內形成不了較大的市場規模，更多的是企業一個先進的技術研發實力和產品的展示。反而200KW以內的充電樁SIC的應用會越來越多，這主要基于效率和功率密度的提升需求考慮?！?br />
據陳銀介紹，400kW超大功率充電樁本身有一定的技術難度，例如如何提高樁的功率密度、內部散熱如何處理、如何平衡充電站的波峰波谷等等一系列問題，與現在市面上快充樁不論是電路拓撲、熱管理方式、功率器件的需求都有非常大的區別，并不是簡單的功率提升；同時對車身上的充電管理和動力電池等部件而言，也需要專門的設計來匹配這么大的充電功率，這對成本和可靠性、壽命都帶來非常大的挑戰。

談到SiC在充電樁上的應用情況，森國科總經理楊承晉在接受電子發燒友網采訪時表示，現階段SiC二極管的需求量較大，而使用SiC MOSFET+SiC二極管的“全碳化硅”充電樁方案也有在設計中。

“從今年的情況來看，隨著SiC二極管的降本，SiC在充電樁產品上的應用滲透速度是加快了的。特別是在1200V等級下，SiC二極管的性價比已經追趕上同樣是1200V的硅基二極管?！?br />
據楊承晉介紹，硅基二極管與SiC二極管在650V規格下價格差距可能還比較大，但是目前大功率充電樁普遍采用高壓小電流方案，電壓達到800V甚至1000V。所以在充電樁中要提高耐壓的話，需要用到2顆650V硅基二極管串聯，但如果用SiC二極管，可以只需要一顆1200V的產品，性價比相對較高。

目前SiC MOSFET在充電樁上應用不多，不過楊承晉也提到公司的SiC MOSFET產品仍處于供不應求的階段。

盡管SiC是有廣闊的應用前景，但現階段的市場上，新能源汽車中的主流功率器件依然是硅基的產品，充電樁同樣如此。

對于在充電樁中的應用，陳銀表示，充電樁行業都是比較標準的模塊化設計和產品，目前主流的單模塊功率有15KW、20KW、30KW、40KW等，主流還是IGBT+SJMOS方案，使用SiC器件還是比較少，僅有小部分廠商在整流部分用到SiC二極管。

陳銀預計，當充電樁模塊功率再往上提高50KW、60KW，同時對效率有更高要求時，SiC器件會有更大應用空間。他還透露，目前公司已經有客戶在新開發的充電樁模塊上應用SiC MOS。

充電樁市場成本壓力大， 寄望方案升級優化

在GaN導入手機充電器的初期，由于GaN器件的高頻特性，充電器的方案都與過往不同，在初期設計階段還是通過上下游的緊密合作才逐步解決方案設計中出現的一些問題。同為第三代半導體的SiC，在充電樁中的使用其實也會遇到類似問題。

陳銀指出，以目前主流充電樁方案看，要使用SiC MOS器件，方案設計變動會比較大，像平臺電壓、輔助電源、電氣安全、保護策略、控制方式等都要做相應的變動。同時充電樁方案主功率回路頻率非常高，且采用單管多顆并聯，對SiC器件的高頻響應、動態損耗、門極可靠性、參數一致性等都有比較高的要求。

顯然，方案設計上的變化，帶來的可能是初期研發投入增加，導致整體方案成本較高。所以在被問到SiC器件在充電樁市場推廣中遇到的難題時，陳銀表示主要是在目前主流成熟的充電樁模塊方案上使用SiC MOS器件帶來的性能提升不足以覆蓋掉成本提升的弊端。

另外，市場競爭也給SiC大規模進入充電樁帶來了阻力?！敖鼛啄瓿潆姌妒袌黾眲〉卦鲩L，行業內廠商在大幅擴大產能利用成熟的產品來搶占更多的市場份額；同時作為新能源汽車行業，充電樁也有更多的新玩家進入該市場領域，市場容量雖越來越大，但成品價格一直在持續走低，目前價格可能不足以前的三成了，可見行業成本壓力之大?！?br />
楊承晉也持有類似的觀點，他表示，SiC功率器件自身特性足以滿足充電樁應用的品質需求，目前在推廣階段最大的挑戰在于充電樁行業本身競爭較為激烈，當企業的利潤率不達標時，相應的對上游廠商能否提供更好的成本結構的產品就有了更高的要求，這也是行業屬性所決定的。因此，囿于碳化硅功率器件的成本現狀，讓SiC的應用目前還只局限于一些高端充電樁產品中。作為國產碳化硅功率器件的供應商來說，森國科總經理楊承晉也提出一些降本的看法，一方面是當市場需求體量越來越大時，通過規模效應去降低成本；另一方面是針對供應商來說，在器件結構設計上創新來尋求更多改善空間，比如簡化電路拓撲、縮小體積等。

對于未來SiC在充電樁上的應用，陳銀也表示目前還是展望后續充電樁模塊產品的升級和技術迭代，讓方案對SiC MOS器件更加友好，其性能優勢更加明顯，整體方案成本可控。

新能源帶動高壓產品需求，國內廠商加速布局

近年來，新能源領域包括汽車、光伏等行業的爆發，讓功率器件需求激增，IGBT、SiC MOSFET等都在市場上出現過供應緊缺的問題，這對于功率器件廠商而言，也為他們帶來了業務上的一些變化。

比如陳銀提到，若干年前公司銷售產品中，中低壓MOS占據絕對份額。但經過這幾年光儲充、汽車行業的爆發性增長，帶動了公司高壓產品包括IGBT、超結MOS、SiC MOS銷售額的快速增長，使得公司的收入結構配置更加均衡。

據了解，在新能源的需求帶動下，森國科目前主要布局了兩大業務，分別是功率器件、功率模塊以及功率驅動芯片，追求全品類的功率器件及模塊的供應能力。在主營的SiC二極管、SiC MOS、碳化硅模塊業務上持續深耕的同時，森國科也已經布局了超結MOS、IGBT等市場緊缺的重要產品線 。

在SiC二極管方面，去年森國科快速覆蓋了近100+型號，并持續探索創新技術。目前推出了第五代Thinned MPS（減薄的混合型PN結勢壘肖特基二極管）產品，減薄工藝做到全球最薄的110微米，而目前市面上大部分的產品在175微米的水平。對于SiC二極管來說，晶圓減到越薄，器件性能越好，效率越高，相應的散熱也更容易。

楊承晉還透露，森國科今年將會推出1200V IGBT產品，超結MOS則從650V開始切進市場；在SiC MOS方面，森國科今年的目標是將平面型SiC MOS產品系列化，并預計最快2025年將推出溝槽型SiC MOS產品。

據陳銀介紹，威兆半導體在充電樁方案中常用的超結MOS和IGBT都有布局，包括650V20mΩ、650V30mΩ、650V70mΩ等規格的超結MOS，性能參數接近國外同類最新產品，其寄生二極管都具有超快的恢復特性；器件采用多層外延工藝，具有非常好的可靠性和壽命，適合工業汽車領域的應用。IGBT規格有650V40A、650V60A、650V75A，都是高頻產品，采用最新的溝槽柵場截止工藝，具有動態損耗小、飽和壓降低、抗沖擊能力強等特點。

對于SiC器件未來側重的應用領域，陳銀表示，威兆半導體將重點發展新能源行業和工業電源行業，比如新能源汽車、光伏發電、風能發電、UPS、通信電源等等應用。

最后，談到國內SiC二極管市場的內卷現象，楊承晉認為這不是一件壞事，半導體產業與其他行業一樣，在行業發展過程中都會經歷一輪“內卷”，淘汰一部分玩家，而能夠活下來的，一定是在供應鏈、研發、市場上具備三位一體能力的玩家。