投身车电领域的入门课：IGBT和SiC功率模块

西棠

英飞凌半导体

    凭借出色的开关特性、耐高温性、轻量化和极具成本效益等特色，IGBT模块已经成为各个产业的热门选择，包括汽车、工业和可再生能源。IGBT电源模块在车辆中主要作为电气开关使用。转换开关可以将直流电（DC）可以转换成交流电（AC），反之亦然。如电动汽车和混合动力汽车，可用车载逆变器系统来控制电动马达，因此逐渐成为电动汽车等大功率应用的首选技术，其优势在于以下几个方面。

    改善开关速度：IGBT模块具有快速的开关速度，能够在开与关之间灵活切换，减少能量损失、提高效率，并降低热能产生。

    散热稳定：IGBT模块可允许的作业温度范围特别广泛，使之在恶劣环境下仍然可以正常运行不受损。也因此，这让它成为汽车动力系统的理想选择。

    重量轻巧和成本可控：IGBT模块小而轻巧，组件密度极高的电动车尤其需要。IGBT模块可简化车载逆变器系统组装，改善动力系统的总成本。

    为何SiC模块受到市场高度关注？

    碳化硅（SiC）将硅（Si）和碳（C）结合在一起，形成独特的电学特性，能提供更高的绝缘耐压、导热能力、及降低切换损失，绝佳的特性，适合于各种高压大电力的运用。硅的制造成本很低，制造技术也广为人知。与传统硅器件相较之下，碳化硅无论是从技术上还是实践上，都同样可用于生产功率半导体组件。与硅相比，碳化硅是一种更有效的电导体。SiC电源模块可以提高电流和电压的转换效率。市场上越来越多制造商发现600-1,700V的SiC功率器件可以快速有效地取代传统的硅（Si）功率器件。

    凭借更加优越的转换效率，碳化硅功率半导体不仅有助于节省成本，而且能够提高电动汽车充电器、太阳能转换器、电动汽车和动力电子设备等多种应用的系统性能。因此，预计碳化硅功率半导体的需求量将大幅增加。

    电动车性能中的关键要角

    对于由电池驱动的电动汽车（BEV）而言，能源转换效率还有相当大的改进空间。尽管如此，该如何在动力系统中使用新型开关设备来提高电动汽车的性能，仍然是个难题。

    MordorIntelligence的数据显示，2020年IGBT的市值为60.47亿美元，预计到2026年将达到110.1亿美元。IGBT市值快速增加的另一个原因是电动汽车和混合动力汽车（EV/HEV）动力系统的电气化发展。IGBT可以显著降低传导损耗和开关损耗，从而直接影响车辆的整体效率。电动汽车在欧洲、北美和中国的热销为IGBT应用在基础设施和电动汽车制造领域打下了坚实基础。这些销售佳绩有助于进一步巩固IGBT的市场地位。