新一代雙向OBC設計中?為什么要選擇 SiC？

回顧2021，作為第三代半導體的典型代表——碳化硅（SiC）器件著(zhù)實(shí)火了一把。其在臨界電場(chǎng)(2.2 × 106 V/cm)、電子速度、熔點(diǎn) (300°C) 和熱導率 (4.9 W/cmK) 等方面獨特的優(yōu)勢，讓SiC 已經(jīng)滲透到眾多電力電子應用領(lǐng)域，包括電源、太陽(yáng)能逆變器、其他可再生能源的功率轉換以及工業(yè)電機驅動(dòng)的逆變器等。

作為全球碳化硅（SiC）行業(yè)龍頭的Wolfspeed在日前的投資者日上預測：

“2022/24/26年全球SiC器件整體市場(chǎng)規模有望分別達到43億/68億/89億美元，其中在汽車(chē)電動(dòng)化趨勢的推動(dòng)下，2022/24/26年全球SiC功率器件市場(chǎng)規模將分別達到22億/42億/60億美元，其中新能源汽車(chē)SiC功率器件市場(chǎng)規模分別為16億/32億/46億美元，我們測算對應約270/580/860萬(wàn)輛新能源汽車(chē)，滲透率有望迅速提升。”

在新能源汽車(chē)這個(gè)重要應用領(lǐng)域，消費者無(wú)非關(guān)注兩個(gè)體驗：一個(gè)是駕乘體驗，包括動(dòng)力性、舒適性、娛樂(lè )性等；另外一個(gè)則是充電體驗，充電速率則是重要體驗之一（充電時(shí)間和充電后的有效車(chē)輛續航里程也是車(chē)輛制造商的關(guān)鍵參數），它的提高必然是車(chē)載充電機（OBC）的重要發(fā)展方向。

伴隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)在中國的興起，雙向電源技術(shù)可以對傳統的OBC進(jìn)行雙向改造，使得其除了具備充電功能外，增加逆變能力，即OBC不僅可將AC轉化為DC為電池充電，同時(shí)也可將電池的DC轉化為AC對外進(jìn)行功率輸出，進(jìn)而提升電動(dòng)汽車(chē)的應用。而隨著(zhù)SiC的滲透與發(fā)展，雙向逆變技術(shù)是否能成為未來(lái)OBC標配的功能之一呢？

上圖細分成本對比，Si 系統比 SiC系統高出近 20%。這主要是由于 DC/DC 模塊中有相對大量的柵極驅動(dòng)和磁性元件。盡管相比單個(gè) Si 基二極管和功率晶體管，分立式 SiC 基功率器件的成本更高。但在系統中采用時(shí)，SiC 器件的性能可減少所需元件的數量，從而降低電路元件成本以滿(mǎn)足支持各種功率器件功能的要求。

除了成本節約之外，SiC 系統在 3 kW/L 的功率密度下可實(shí)現 97% 的峰值系統效率，而 Si OBC 僅可在 2 kW/L 的功率密度下實(shí)現 95% 的效率。這一系統效率的提升可為消費者帶來(lái)每年平均 40 美元的能源節約。

Wolfspeed 擁有 30 多年的 SiC 器件與系統的設計和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，可幫助降低技術(shù)門(mén)檻，助力設計人員在其新一代 OBC 中采用出色的 SiC 基器件。Wolfspeed 提供 SiC 功率器件、SiC 系統和技術(shù)專(zhuān)長(cháng)的豐富選擇并形成組合拳，可快速開(kāi)發(fā)出能在現場(chǎng)可靠運行的穩固耐用的設計拓撲。Wolfspeed 產(chǎn)品組合已可完全支持雙向 OBC，以及單個(gè) AC/DC 和 DC/DC 級。

電動(dòng)車(chē)的前景可期，也是Wolfspeed決心專(zhuān)注投入碳化硅的重要原因。在宣布改名的同時(shí)，該公司一并揭曉與通用汽車(chē)（GM）達成供應協(xié)議，將其碳化矽元件使用于通用的次世代電動(dòng)車(chē)動(dòng)力系統Ultium Drive。

另外，包括福斯（Volkswagen）旗下未來(lái)汽車(chē)供應鏈專(zhuān)案FAST（Future Automotive Supply Tracks）、德?tīng)柛Ｆ?chē)（Delphi）、ZF集團等汽車(chē)零組件大廠(chǎng)，還有車(chē)用半導體大廠(chǎng)英飛凌（Infineon）、意法半導體（STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱(chēng)ST）在內的半導體業(yè)者，也都青睞Wolfspeed的產(chǎn)品，締結合作關(guān)系。

Wolfspeed 首席執行官 Gregg Lowe 在公司更名之際表示：新一代功率半導體將由 SiC 技術(shù)驅動(dòng)，Wolfspeed 如今是純粹的半導體巨頭，在 LED 領(lǐng)域無(wú)法施展技能的 SiC 材料，可望在電動(dòng)車(chē)等市場(chǎng)起飛。這也讓 Wolfspeed 一進(jìn)入化合物半導體游戲，就自帶三十多年的經(jīng)驗值。

此次“2022第三屆CIAS中國國際車(chē)載電源用功率器件技術(shù)及應用峰會(huì )”，我們很榮幸地邀請到了Wolfspeed Shanghai Limited（上海沃孚半導體有限公司）電力應用與營(yíng)銷(xiāo)高級經(jīng)理 魏晨先生（Frank Wei），為我們帶來(lái)《Wolfspeed SiCMOSFETs Enable Innovations and Advanced Design of OBC》（Wolfspeed 碳化硅器件助力OBC的設計創(chuàng )新）的專(zhuān)題演講。

●演講題目《Wolfspeed SiC MOSFETs Enable Innovations and Advanced Design of OBC》（《Wolfspeed 碳化硅器件助力OBC的設計創(chuàng )新》）●演講亮點(diǎn)SiC advantages in bidirectional OBC, Wolfspeed SiC Roadmap and Wolfspeed reference designs.●嘉賓簡(jiǎn)介Chen Wei received his M.S. degree in Power Electronic from South China University of Technology, Guangzhou, China, in 2007. He also received his bachelor’s degree in Electronic Engineering from Zhejiang University, Hangzhou, China, in 2004. He has many years’ experience in power supply design engineering at Emerson Network Power and Flex Power. Currently Chen is the Sr. manager of power applications & Marketing at Wolfspeed. He is generally interested in power electronics, power system, and power semiconductor, together with the applications in various sectors.