一、SIC被應用的原因

1.助力新能源汽車提升加速度

新能源汽車的加速性能與動力系統輸出的最大功率和最大扭矩密切相關，碳化硅（SiC）技術允許驅動電機在低轉速時承受更大輸入功率，且不怕電流過大導致的熱效應和功率損耗，這就意味著車輛起步時，驅動電機可以輸出更大扭矩，強化加速能力。

2.助力新能源汽車降低系統成本

雖然SiC 器件成本略高于硅基器件，但采用SiC器件實現了電池成本的大幅下降和續航里程的提升，從而有效降低了整車成本。

3.助力新能源汽車實現輕量化

輕量化是整車廠的不懈追求，由于SiC 材料載流子遷移率高，能提供較高的電流密度，相同功率等級下封裝尺寸更小，以IPM 為例，SiC 功率模塊體積可縮小至硅功率模塊的2/3 ～ 1/3[3]。SiC 能夠實現高頻開關，減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等的使用，從而減少系統體系和重量；SiC 禁帶寬度寬且具有良好的熱導率，可以使器件工作于較高的環境溫度中，從而減少散熱器體積；同時SiC 可以降低開關與導通損耗，使系統效率提升，同樣續航范圍內，可以減少電池容量，有助于車輛輕量化。以羅姆公司設計的SiC 逆變器為例，使用全SiC 模組后，主逆變器尺寸降低43%，重量降低6 kg。

二、主要應用部件

（1）功率交換器：采用寬禁帶器件可以提高功率變換器高溫工作下的可靠性，減小散熱系統的體積。傳統 Si 基變換器的損耗較大，對冷卻系統的要求較高。
在電動汽車中，引擎部分需要冷卻系統保持其溫度在 105℃，而功率變換器部分則要求冷卻系統使其溫度在 70℃左右，為了使兩部分正常工作，必須采用兩套冷卻系統以滿足不同的要求。這大大增加了電動汽車冷卻系統的體積。SiC功率器件工作結溫已經達到了361℃，因此，采用寬禁帶器件構成的功率變換器可在更高的環境溫度下正常工作，可將引擎冷卻系統與功率變換器的系統合二為一，大大減小功率變換器的體積。

（2）電池充電器：電池充電器是電動汽車中的重要部分，主要由AC/DC變換器和DC/DC變換器構成的PFC變換器組成。PFC變換器的工作頻率決定了輸出濾波電感和電容的紋波電壓、紋波電流。采用寬禁帶器件可以顯著提高變換器的工作頻率，從而減小濾波電感和電容的體積，降低電壓、電流紋波，提高電感和電容工作的可靠性。無源元件體積的減小意味著整個變換器體積的減小，功率密度的提高。

（3）電機驅動器：電動汽車中主電機的驅動器拓撲有多種，其中最常用的是兩電平三相電壓源型逆變器。據研究，采用SiC器件可顯著降低損耗。其中，SiC BJT 構成的逆變器損耗降低了53%；當頻率升高時，損耗還會進一步降低，開關頻率為 15 kHz 時，SiC BJT逆變器的損耗降低了67%。

（4）碳化硅也可以用于制造電動汽車的電池。電池是電動汽車的核心部件，而碳化硅具有優異的導熱性能和高的熱穩定性，可以有效地降低電池的溫度，延長電池壽命。此外，碳化硅還可以用于制造電池端子，提高電池的輸出功率和充電速度。

碳化硅在新能源車中的主要應用場景為主逆變器、車載充電器與 DC/DC 變換器，其中約80%的市場規模來自于汽車主逆變，17%來自于車載充電器 OBC。車載領域，SiC功率器件主要應用于電機驅動系統、車載充電系統（OBC）、電源轉換系統（車載DC/DC轉換器）、非車載充電樁等核心電控領域，提供更高效的電能轉換。

三、發展SIC的企業

來源于半導體綜研，作者關牮 JamesG

審核編輯：湯梓紅