电动车市场份额占超60%，SiC靠什么取胜！

来源:semitrade发布时间:2023-03-13802浏览

全球电力消耗庞大，多国面临电力供应紧张甚至短缺的情况。据国际能源署(IEA)发布的数据，2019年全球电力总消耗量达82EJ (8.2 x 1019J)，其中工业电力消耗占比最大(41.9%)，其次为住宅电力消耗(26.6%)，其后则是商用、交通和其他领域。在这些终端领域业者陆续思考如何达成电力节能减排目标的情况下，碳化矽(SiC)具备的高功率特性，有助于降低电源传输过程的功率损耗及增进能效，节省更多的电能。

据市研机构Yole统计数据，SiC功率元件的前两大应用为电动汽车与再生能源领域。其中，2021年再生能源领域占整体SiC元件市场产值约为14.1%，且可应用于能源传输及电源转换过程所需，对于提升能源转换效率，SiC模块相较Si模块拥有显着成效，且SiC模块有望导入电源供应。依英飞凌公开信息，车载充电器与电动车的能源传输过程需经历许多设备间的相互传递，从而形成绵密的能源传输网络，以提供如电动车等终端应用所需。

电动汽车作为SiC功率元件最大的应用领域，2021年占整体SiC元件市场产值约为62.7%，可见SiC元件在电动汽车产业扮演着非常重要的角色。SiC是一种宽带隙材料，与传统硅(Si)相比具有许多优势，比如，在材料上可耐更高电压、动作速度更快等。以电动汽车使用商用Si及SiC元件进行比较，在相同工作条件下，SiC MOSFET较Si IGBT具微型化及功率总损失小的优势。

由于SiC材料具高功率特性，可广泛替换现行Si模块，因此罗姆特别针对现行电能转换流程，进一步说明功率损耗。电能转换流程若改用SiC模块取代Si IGBT模块，可大幅降低电能转换过程中85%开关损失。于电能转换过程，现行SiC MOSFET模块经常应用于变换器(booster)中。

现行电力来源除部分由再生能源(太阳能及风力发电)供应外，多数电力来自于其他发电(如火力、核能等)方式，以供电网传递。而SiC模块可应用于再生能源与电源传输系统，借此提升电能转换与使用效率。整体而言，SiC模块因具备高功率操作特性，较Si模块拥有更高电源转换效率，并有助提升再生能源稳定电压功效。

此外，SiC逆变器可改善因再生能源(如太阳能发电等)直流电转交流电过程的功率损失，提升电源传输系统的使用效率。针对现行太阳能发电安装场域，根据使用场景及发电环境，可分为住宅区、办公大楼及大型发电厂三大类，所对应的逆变器型式与特性将各有差异。

第三代半导体GaN及SiC因为具备高功率特性，可支持服务器电源供应，提升电能转换效率，据Wolfspeed公开信息显示，服务器电源供应器若改用SiC模块，其能源转换能效有希望提高至90%以上。另外，从弗吉尼亚理工学院暨州立大学(Virginia Tech)信息得知，服务器电源传输过程应用Si元件及模块有大量能源流失，最终实际使用能效只剩76.4%。

另外，服务器于高功率及低工作频率操作环境，SiC模块可有效提升电源传输(如不断电系统与电源供应器)转换效率，然而SiC模块若欲使用于高工作频率场景，电源传输能效则逊于氮化镓(GaN)。英飞凌特别针对不同工作频率(100、300及500KHz)，比较自家产品Si、GaN及SiC模块，发现当服务器提高至300KHz工作频率，能效若以98.5%为标准，此时只剩GaN模块合乎所需。