第三代半導體是滿足"創新驅動發展"國家戰略需求、實現綠色、低碳、智能和可持續發展、搶占未來產業發展制高點、支撐國民經濟可持續發展不可或缺的先進電子材料，也是全球戰略競爭新的制高點。

背景

根據乘聯會數據，2017年第1季度共銷售新能源乘用車4.95萬輛，預計到2020年達到500萬輛。

新能源汽車的發展必然離不開充電樁，預計到2020年配套的新增集中式充換電站超過1.2萬座,分散式充電樁超過480萬個。

相同規格能源車的價格是常規動力汽車的1.5~2倍，昂貴的價格是消費者難以接受的，這也是新能源汽車普及和推廣的最大難題。目前各國普遍采用的方法是實現關鍵部件的輕量化、提高功率密度，來進一步延長續航距離和降低整車成本。

電池、電機、電機驅動是新能源汽車的三大核心部件，世界各國都在竭力降低這三大部件的體積和重量。

電機驅動由主回路和控制電路構成，而主回路部分的體積和重量約占總體的85%。

功率器件是主回路的核心。在影響電機驅動體積與重量的各部件中，功率器件所占的比重超過65%。

因此，圍繞功率器件進一步提高功率密度成為世界各研發機構降低電機驅動成本的研發重點。

現有車用控制器普遍采用硅芯片，經過20多年的技術開發已經十分成熟，在許多方面已逼近甚至達到了其材料的本征極限。以碳化硅為代表的第三代半導體材料因具有高熱導率、高硬度、耐化學腐蝕、耐高溫、對光波透明等優良性質，吸引各國學者的注意力，目前已成為電力電子器件的新寵。

基于碳化硅技術的功率開關管和功率二極管，比硅基器件的特性有很大提高，即碳化硅器件更適合高頻、高壓和高溫的工作環境、車載充電器和充電樁使用碳化硅器件后將充分發揮高頻、高溫和高壓三方面的優勢，可實現充電系統高效化、小型化和高可靠性。

SiC詳細介紹請看前幾期內容：SiC材料及應用大梳理。

我國首個碳化硅（SiC）新型充電樁示范工程，于2017年4月26日正式啟動了，標志著我國碳化硅新型充電樁邁出了實際應用的第一步。

國際發展的現狀與總體趨勢

世界各國都在努力開發碳化硅芯片，并希望能夠盡快應用到車用電機控制器中。美國能源部在2012年度研究報告中明確指出，利用碳化硅器件是實現2020年車用電機驅動系統成本降低一半的關鍵要素，在其部署的新能源車開發項目中60%的項目與碳化硅器件應用相關。

來源：EV Everywhere計劃

以美國科瑞公司(CREE)和日本羅姆公司(Rohm)為首的各國器件制造廠商現已開發出多種適合新能源汽車的碳化硅開關芯片與二極管芯片，部分芯片已實現產業化。

碳化硅器件正在被應用于混合動力汽車和電動汽車的開發過程中。

國內發展的現狀與總體趨勢

為搶占下一代新能源汽車用電機驅動系統技術制高點，引領寬禁帶半導體應用的新紀元，科技部、發改委、工信部和國家自然科學基金委等多個部門攜手，大力推進SiC功率器件和系統研發，在基礎研究、關鍵技術和具體應用等多個層面給予了有力的支持。

國內高校、企業和研究所陸續開展了相關研究，初步構建了SiC“單晶-外延-器件”產業鏈條。我國正在掌握寬禁帶電力電子的關鍵技術，科研工作已從過去的單純跟蹤向領先技術突破邁進。

國內已有部分廠商采用SiC單管實現簡單的地面充電樁系統。但是由于SiC單管的電流小，多支SiC單管并聯后，由于雜散參數的影響，并聯單管電流不平衡，導致個別單管發熱較大，影響系統壽命。同時由于采用SiC分立器件，系統容量難以進一步提升，因此充電系統的僅能完成簡單的充電功能。

技術瓶頸

通過碳化硅芯片降低新能源車的成本，需要通過新型拓撲結構，提高開關頻率和母線電壓，可以降低系統對無源器件的要求，使電容、電感成本降低；提高母線電壓和器件開關頻率，可以允許電機轉速增大，減小電機額定轉矩，降低電機成本；提高功率器件的節溫，便于利用高溫冷卻液，或者應用風冷散熱方法，降低散熱系統成本；改進芯片特性使之接近理論極限并提高成品率，可以減小芯片成本。

在實現成本降低的過程中，待解決的問題主要集中在：探索新型拓撲結構和集成化，實現芯片穩定高速開關，滿足高溫運行的封裝技術，優化散熱系統，改進芯片特性并降低工藝成本，電磁兼容和高頻磁元件設計。

產業化應用障礙

1、電力電子集成度與國外產品相比較差距較大

從電力電子控制系統部件來說，我國在車用功率模塊、電容器、接插件等關鍵部件的研發和生產能力起步較晚，與車用工況需求差距較大。

在電力電子集成系統方面，國內目前應用于各類電動車輛的功率控制單元（PCU）、集成控制單元（IPU）的集成度仍需要進一步提高。

2、可靠性、耐久性、環境適應性的設計與認證水平仍有較大差距

從車輛應用環境出發，對電機控制器系統的可靠性、耐久性與環境條適應性研究和試驗驗證，預測和評估方法等方面仍需要深入研究，加大試驗驗證力度。

3、批量生產工藝水平、專用生產設備、自動化生產線水平與產品的一致性需要加強受制于目前的生產規模，車用電機控制系統的生產工藝水平仍停留在人工生產和半自動生產水平，規模化的生產線和相應的專業生產設備仍與汽車工業生產的需求差距較大，產品的一致性和質量保證體系仍需要加強。

4、產品規范與檢測標準仍存在差距

按照汽車工業標準和汽車應用需求的產品設計、生產、標準化、檢驗規范和檢測標準的水平和能力仍然存在。

小結

可靠性和低成本是電力電子努力的方向。作為新一代能源技術革命，SiC電力電子器件在電源轉換、逆變器等應用中已經具有技術和綜合成本優勢，規模化生產促進價格進一步下降，將在充電樁、新能源汽車等中小功率市場快速啟動。

編輯：黃飛

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