一文了解SiC MOS的應用

作為第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎材料，碳化硅MOSFET具有更高的開(kāi)關(guān)頻率和使用溫度，能夠減小電感、電容、濾波器和變壓器等組件的尺寸，提高系統電力轉換效率，并且降低對熱循環(huán)的散熱要求。在電力電子系統中，應用碳化硅MOSFET器件替代傳統硅IGBT器件，可以實(shí)現更低的開(kāi)關(guān)和導通損耗，同時(shí)具有更高的阻斷電壓和雪崩能力，顯著(zhù)提升系統效率及功率密度，從而降低系統綜合成本。

圖 SiC/Si器件效率對比

一、行業(yè)典型應用

碳化硅MOSFET的主要應用領(lǐng)域包括：充電樁電源模塊、光伏逆變器、光儲一體機、新能源汽車(chē)空調、新能源汽車(chē)OBC、工業(yè)電源、電機驅動(dòng)等。

1.充電樁電源模塊

與下游數量較多的充電樁制造商和運營(yíng)商不同，目前充電模塊行業(yè)玩家數量有限。歷經(jīng)過(guò)去幾年的激烈競爭，行業(yè)逐漸出清。目前主流企業(yè)僅10家左右，包括特來(lái)電、盛弘股份、科華恒盛等為代表的自產(chǎn)自用型；以及英飛源、優(yōu)優(yōu)綠能、星源博睿、英可瑞等為代表的外供型兩類(lèi)。

隨著(zhù)新能源汽車(chē)800V平臺的出現，主流充電模塊也從之前主流的15、20kW向30、40kW發(fā)展，輸出電壓范圍300Vdc-1000Vdc，并且具備雙向充電功能，以達到V2G/V2H等技術(shù)要求。因此，越來(lái)越多充電模塊企業(yè)開(kāi)始采用SiC MOS方案。

圖 新能源充電樁中SiC的應用

2.光伏逆變器

在全球可再生能源的大力發(fā)展以及“雙碳”戰略目標的推動(dòng)下，全球光伏產(chǎn)業(yè)迅速擴張，光伏逆變器市場(chǎng)整體也呈現高速發(fā)展趨勢。根據海關(guān)總署數據，從出貨情況來(lái)看，2023逆變器累計出口99.54億美元，同比+11%。

經(jīng)過(guò)多年的市場(chǎng)競爭，當前我國光伏逆變器行業(yè)已經(jīng)形成較為集中、整體競爭較為充分的格局。同時(shí)，國內知名逆變器品牌仍保持快速增長(cháng)，出貨量及全球市場(chǎng)占有率也在穩步提升。數據顯示，2022年全球光伏逆變器供應商出貨量市場(chǎng)排名前五的企業(yè)是：陽(yáng)光電源、華為、古瑞瓦特、錦浪科技和SMA。而在研究機構BNEF公布的“全球最具融資價(jià)值光伏逆變器品牌”前十名榜單中，也有6家中國逆變器企業(yè)入圍，其中，正泰電源、華為、陽(yáng)光電源居于前三，錦浪、特變電工、固德威也位列其中。

圖 光伏逆變器中SiC的應用

3.光儲一體機

光儲一體機采用電力電子控制技術(shù)，通過(guò)智能控制實(shí)現能量轉移，協(xié)調控制光伏與儲能電池，平抑功率波動(dòng)，并通過(guò)儲能變流技術(shù)輸出滿(mǎn)足標準要求的交流電能向負載供電，滿(mǎn)足用戶(hù)側多場(chǎng)景應用，廣泛應用于離網(wǎng)光伏電站、分布式后備電源、儲能電站等場(chǎng)合。國內光儲一體機生產(chǎn)企業(yè)主要有：科陸電氣、盛弘股份、興儲世紀、時(shí)代能創(chuàng )、精石電氣、錦宇新能源、智源新能、采日能源、華自科技、邦照電氣等。

圖 光儲一體機中SiC的應用

4.新能源汽車(chē)空調

隨著(zhù)800V平臺在新能源汽車(chē)上的興起，在汽車(chē)空調壓縮機控制器方案中，SiC MOS憑借其高壓高效、貼片封裝體積小等優(yōu)勢，成為市場(chǎng)首選。行業(yè)頭部客戶(hù)如弗迪科技、翰昂、華域三電、蘇州中成、奧特佳、海立、威靈、上海光裕、重慶超力等。

圖 新能源汽車(chē)空調中SiC的應用

5.大功率OBC

三相OBC電路中SiC MOS應用更高的開(kāi)關(guān)頻率，可以減小磁性元器件體積和重量，提高效率和功率密度，同時(shí)高系統母線(xiàn)電壓，大大減少功率器件數量，便于電路設計，提高可靠性。

圖 大功率OBC中SiC的應用

6.工業(yè)電源

工業(yè)電源主要應用于如醫療電源、激光電源、逆變焊機、大功率DC-DC電源、軌道牽引機等，需要高壓、高頻、高效率的應用場(chǎng)景。

二、競爭格局

調研機構Yole報告顯示，由于SiC MOS晶圓的產(chǎn)能限制，頭部SiC品牌如意法半導體（ST）、英飛凌科技（Infineon）、Onsemi、Wolfspeed和Rohm主力出貨市場(chǎng)都集中在新能源汽車(chē)行業(yè)， 包括電驅、OBC和 DC/DC， 新能源汽車(chē)市場(chǎng)在2022年占據功率SiC市場(chǎng)份額的70%，到2028年，預測這一比例將增長(cháng)至74%。

圖 SiC主要應用市場(chǎng)及占比

在國產(chǎn)碳化硅功率器件企業(yè)中，基本半導體依托強大的技術(shù)團隊，以及在車(chē)規級SiC模塊產(chǎn)品積累的豐富經(jīng)驗，研發(fā)推出的第二代SiC MOS在光伏儲能、充電樁、工業(yè)電源、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域都有量產(chǎn)出貨，廣受市場(chǎng)歡迎。

深圳基本半導體有限公司是中國第三代半導體創(chuàng )新企業(yè)，專(zhuān)業(yè)從事碳化硅功率器件的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，研發(fā)覆蓋碳化硅功率半導體的芯片設計、晶圓制造、封裝測試、驅動(dòng)應用等產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節。核心產(chǎn)品包括碳化硅二極管和MOSFET芯片、汽車(chē)級及工業(yè)級碳化硅功率模塊、功率器件驅動(dòng)器及門(mén)極驅動(dòng)芯片等，性能達到國際先進(jìn)水平。公司在深圳投產(chǎn)6英寸碳化硅芯片產(chǎn)線(xiàn)、無(wú)錫投產(chǎn)汽車(chē)級碳化硅功率模塊專(zhuān)用產(chǎn)線(xiàn)；自主研發(fā)的汽車(chē)級碳化硅功率模塊已收獲了近20家整車(chē)廠(chǎng)和Tier1電控客戶(hù)的30多個(gè)車(chē)型定點(diǎn)，成為國內第一批碳化硅模塊量產(chǎn)上車(chē)的頭部企業(yè)；采用自研芯片的碳化硅功率器件已累計出貨數千萬(wàn)顆，服務(wù)于光伏儲能、電動(dòng)汽車(chē)、軌道交通、工業(yè)控制、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的全球數百家客戶(hù)。

三、產(chǎn)品選型表

基本半導體第二代碳化硅MOSFET系列產(chǎn)品基于6英寸晶圓平臺開(kāi)發(fā)，比上一代產(chǎn)品在比導通電阻、開(kāi)關(guān)損耗以及可靠性等方面表現更為出色。

圖 碳化硅MOSFET

圖 基本半導體SiC MOSFET產(chǎn)品選型表

四、總結

作為亞太區領(lǐng)先的電子元器件授權代理商Excelpoint世健旗下的全資子公司, Synergy世輝電子繼承了良好的技術(shù)基因, 能提供一站式的器件硬件支持, 同時(shí)也在培養自己的軟件工程師,后續還將提供高速電機的軟件測試支持, 助力客戶(hù)建立自主可控的應用開(kāi)發(fā)能力,并縮短項目周期,在激烈的市場(chǎng)中早日占領(lǐng)高地。