一文了解SiC MOS的應(yīng)用

作為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料，碳化硅MOSFET具有更高的開關(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(tǒng)電力轉(zhuǎn)換效率，并且降低對(duì)熱循環(huán)的散熱要求。在電力電子系統(tǒng)中，應(yīng)用碳化硅MOSFET器件替代傳統(tǒng)硅IGBT器件，可以實(shí)現(xiàn)更低的開關(guān)和導(dǎo)通損耗，同時(shí)具有更高的阻斷電壓和雪崩能力，顯著提升系統(tǒng)效率及功率密度，從而降低系統(tǒng)綜合成本。

圖：SiC/Si器件效率對(duì)比

一、行業(yè)典型應(yīng)用

碳化硅MOSFET的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：充電樁電源模塊、光伏逆變器、光儲(chǔ)一體機(jī)、新能源汽車空調(diào)、新能源汽車OBC、工業(yè)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。

1. 充電樁電源模塊

與下游數(shù)量較多的充電樁制造商和運(yùn)營(yíng)商不同，目前充電模塊行業(yè)玩家數(shù)量有限。歷經(jīng)過去幾年的激烈競(jìng)爭(zhēng)，行業(yè)逐漸出清。目前主流企業(yè)僅10家左右，包括特來電、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。

隨著新能源汽車800V平臺(tái)的出現(xiàn)，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(dá)到V2G/V2H等技術(shù)要求。因此，越來越多充電模塊企業(yè)開始采用SiC MOS方案。

圖：新能源充電樁中SiC的應(yīng)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(zhàn)略目標(biāo)的推動(dòng)下，全球光伏產(chǎn)業(yè)迅速擴(kuò)張，光伏逆變器市場(chǎng)整體也呈現(xiàn)高速發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，從出貨情況來看，2023逆變器累計(jì)出口99.54億美元，同比+11%。

經(jīng)過多年的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)前我國(guó)光伏逆變器行業(yè)已經(jīng)形成較為集中、整體競(jìng)爭(zhēng)較為充分的格局。同時(shí)，國(guó)內(nèi)知名逆變器品牌仍保持快速增長(zhǎng)，出貨量及全球市場(chǎng)占有率也在穩(wěn)步提升。數(shù)據(jù)顯示，2022年全球光伏逆變器供應(yīng)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(jī)構(gòu)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(guó)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(yīng)用

3. 光儲(chǔ)一體機(jī)

光儲(chǔ)一體機(jī)采用電力電子控制技術(shù)，通過智能控制實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，協(xié)調(diào)控制光伏與儲(chǔ)能電池，平抑功率波動(dòng)，并通過儲(chǔ)能變流技術(shù)輸出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的交流電能向負(fù)載供電，滿足用戶側(cè)多場(chǎng)景應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于離網(wǎng)光伏電站、分布式后備電源、儲(chǔ)能電站等場(chǎng)合。國(guó)內(nèi)光儲(chǔ)一體機(jī)生產(chǎn)企業(yè)主要有：科陸電氣、盛弘股份、興儲(chǔ)世紀(jì)、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(chǔ)一體機(jī)中SiC的應(yīng)用

4. 新能源汽車空調(diào)

隨著800V平臺(tái)在新能源汽車上的興起，在汽車空調(diào)壓縮機(jī)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(shì)，成為市場(chǎng)首選。行業(yè)頭部客戶如弗迪科技、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：新能源汽車空調(diào)中SiC的應(yīng)用

5. 大功率OBC

三相OBC電路中SiC MOS應(yīng)用更高的開關(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(tǒng)母線電壓，大大減少功率器件數(shù)量，便于電路設(shè)計(jì)，提高可靠性。

圖：大功率OBC中SiC的應(yīng)用

6. 工業(yè)電源

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

二、競(jìng)爭(zhēng)格局

調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole報(bào)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(dǎo)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行業(yè)， 包括電驅(qū)、OBC和 DC/DC， 新能源汽車市場(chǎng)在2022年占據(jù)功率SiC市場(chǎng)份額的70%，到2028年，預(yù)測(cè)這一比例將增長(zhǎng)至74%。

圖：SiC主要應(yīng)用市場(chǎng)及占比

在國(guó)產(chǎn)碳化硅功率器件企業(yè)中，基本半導(dǎo)體依托強(qiáng)大的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，以及在車規(guī)級(jí)SiC模塊產(chǎn)品積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)推出的第二代SiC MOS在光伏儲(chǔ)能、充電樁、工業(yè)電源、新能源汽車等領(lǐng)域都有量產(chǎn)出貨，廣受市場(chǎng)歡迎。

深圳基本半導(dǎo)體有限公司是中國(guó)第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新企業(yè)，專業(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(dǎo)體的芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試、驅(qū)動(dòng)應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)。核心產(chǎn)品包括碳化硅二極管和MOSFET芯片、汽車級(jí)及工業(yè)級(jí)碳化硅功率模

塊、功率器件驅(qū)動(dòng)器及門極驅(qū)動(dòng)芯片等，性能達(dá)到國(guó)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、無錫投產(chǎn)汽車級(jí)碳化硅功率模塊專用產(chǎn)線；自主研發(fā)的汽車級(jí)碳化硅功率模塊已收獲了近20家整車廠和Tier1電控客戶的30多個(gè)車型定點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)第一批碳化硅模塊量產(chǎn)上車的頭部企業(yè)；采用自研芯片的碳化硅功率器件已累計(jì)出貨數(shù)千萬顆，服務(wù)于光伏儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、軌道交通、工業(yè)控制、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的全球數(shù)百家客戶。

三、產(chǎn)品選型表

基本半導(dǎo)體第二代碳化硅MOSFET系列產(chǎn)品基于6英寸晶圓平臺(tái)開發(fā)，比上一代產(chǎn)品在比導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗以及可靠性等方面表現(xiàn)更為出色。

圖：碳化硅MOSFET

圖：基本半導(dǎo)體SiC MOSFET產(chǎn)品選型表

四、總結(jié)

作為亞太區(qū)領(lǐng)先的電子元器件授權(quán)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(yǎng)自己的軟件工程師,后續(xù)還將提供高速電機(jī)的軟件測(cè)試支持, 助力客戶建立自主可控的應(yīng)用開發(fā)能力,并縮短項(xiàng)目周期,在激烈的市場(chǎng)中早日占領(lǐng)高地。