尽管世界各国政府都在积极推动电动汽车（EV）技术的普及，但消费者对此并不一定持积极态度。阻碍电动汽车普及的主要因素有两个：续航里程和成本。
在电动汽车的设计中，提高电池电压是提升续航里程最有效的方法。目前，电动汽车电池的输出电压以400伏及以下为主流。若将其提升至800伏，在相同电流下即可获得更大的车辆功率。此外，还能在给定输出水平下提高系统效率。
提高效率是降低电动汽车成本的关键手段。其中，最重要的是电力电子设备的功率密度（即功率效率与整体尺寸之比）。电力电子系统的功能是将电池提供的高压直流电转换为车辆所需的各种形式。这包括驱动车轮的牵引电机所需的三相交流电（AC），以及车载充电器和其他系统所需的各种直流/直流（DC/DC）转换。
设计方在碳化硅（SiC）方面存在的问题
是什么因素限制了更高电池电压的应用，并阻碍了系统功率密度的进一步提升？造成这一问题的主要原因在于，大多数电力电子设备都采用了硅半导体功率开关。硅被广泛应用于我们目前几乎所有的电子集成电路中，但在高压和高温环境下，它往往无法正常工作。而这些条件恰恰是电动汽车电力电子设备所面临的运行环境。
幸运的是，对于此类应用，有一种名为碳化硅（SiC）的半导体材料可以替代硅。它具备一系列最适合电动汽车（EV）电力电子系统中高压、高温、大功率工况的电子特性。下表总结了SiC在电动汽车电力电子系统中的主要特性和优势。
特性 |
说明 |
优点 |
 高温下的运行 |
与传统的硅基开关相比，碳化硅（SiC）功率器件的工作温度极高，其允许结温也更高。此外，碳化硅的导热率比硅大幅提高。 |
因此，无需使用冷却部件或体积庞大的散热片材料。这有助于缩小车辆尺寸、减轻重量并降低成本。 |
 高电流承载能力 |
碳化硅（SiC）功率器件能够承受的电流密度最高可达硅功率器件的5倍。 |
这不仅能够提高芯片内的功率密度，还能减少系统中所需的组件总数。从而降低了牵引逆变器的体积、成本和复杂性。 |
 高开关频率 |
与硅基电路相比，碳化硅（SiC）功率器件在高温、高压、大功率的工作条件下能够实现更快的开关速度。 |
通过更快的开关速度，可以缩小牵引逆变器中电容器和电感器等无源元件的尺寸，并降低其成本。 |
 高电压容量 |
与硅开关相比，碳化硅开关能够承受高达10倍的电压。
|
由此，可将高压系统所需的串联开关数量降至最低，从而实现系统成本降低和小型化。此外，这也将为正积极向800伏系统转型的电动汽车行业做出贡献，以延长汽车续航里程并缩短充电时间。 |
满足全球对碳化硅的需求
碳化硅功率开关的优势早已为汽车制造商所熟知。当然，各微电子制造商也正致力于扩大产能，以满足这一不断增长的需求。
然而，要生产出符合电动汽车行业在产量和成本目标方面要求的高品质碳化硅器件并非易事。事实上，经过数十年的研发，全球范围内能够掌握制造高品质、大尺寸且无缺陷碳化硅晶圆技术的供应商仍寥寥无几。
此外，汽车制造商希望从垂直整合的供应商处采购基于碳化硅（SiC）的功率器件。也就是说，他们希望与能够从晶圆基板所需的晶体生长，到封装成品器件制造全流程自主完成的企业合作。拥有并管理材料基板和外延工艺的零部件制造商，能够让汽车制造商和一级供应商确信产品能够稳定交付且质量有保障。此外，一旦出现问题，供应链中的供应商之间也不会再出现互相推诿责任的情况。
Coherent是全球少数几家拥有垂直整合的完整碳化硅（SiC）制造能力的企业之一。我们生产的产品涵盖SiC晶圆、外延片，直至功率器件和模块。此外，Coherent在碳化硅材料制造方面拥有无与伦比的品质，是唯一能够实现从当前标准晶圆直径150毫米向200毫米过渡的供应商。晶圆尺寸增大的优势在于能够大幅降低器件成本。
要让电动汽车被消费者接受，必须提供与传统燃油车同等水平的便利性和经济性。为此，需要降低购车成本和车辆使用成本、增加续航里程以及缩短充电时间。利用SiC独特特性的车载电力电子设备，将在实现这些目标的每个方面发挥关键作用。此外，Coherent公司正在致力于降低SiC器件的成本，实现这项技术成功的道路已然铺就。
