USI | 投身车电领域的入门课：IGBT 和 SiC 功率模组

02/13/2023

投身车电领域的入门课：IGBT 和 SiC 功率模组

2020 年初，疫情期间的封锁政策并未对电动汽车行业造成太大影响。2021 年，由于疫情期间人们对电动汽车的需求上升，再加上全球各国政府纷纷采取激励措施，电动汽车充电站的需求量开始增加。在过去的三年里，电动车领导品牌的销量纷纷呈现巨幅成长的趋势。

低成本、低排放汽车的不断发展，将推动整个亚太地区的电动汽车市场实现稳步扩张。同时，不断加码的政府激励措施和持续扩张的高性能车市场也推动着北美和欧洲地区电动汽车市场的快速增长。因此，预计到 2030 年，全球电动汽车销量将达到 3920.8 万辆。全球电动汽车市场规模将从 2022 年的 815.1 万辆增加到 2030 年的 3920.8 万辆，预计年复合增长率为 21.7%。

为确保电动汽车拥有出色的性能，应谨慎选择合理的控制模块。控制模块很大程度上决定着电动汽车或混合动力汽车的运行性能。毋庸置疑，目前全球最广为应用的功率模块，当属 IGBT 和 SiC。SiC 模块最初是被应用在特斯拉汽车上，现在也被其他制造商用于功率逆变器。

何谓 IGBT 模块？

绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 是一种三端功率半导体器件，常用作电子开关。凭借出色的开关特性、耐高温性、轻量级和成本效益等特征，IGBT 电源模块逐渐成为电动汽车等大功率应用的首选技术。IGBT 电源模块在车辆中主要作为电气开关使用。转换开关可以将直流电 (DC) 可以转换成交流电 (AC)，反之亦然。

为何 SiC 模块受到市场高度关注？

碳化硅 (SiC) 将硅 (Si) 和碳 (C) 结合在一起，形成独特的电学特性，更容易兼容在各种不同的半导体应用中。硅的制造成本很低，制造技术也已广为人知。与传统硅器件相较之下，碳化硅无论是从技术上还是实践上，都同样可用于生产功率半导体组件。与硅相比，碳化硅是一种更有效的电导体。SiC 电源模块可以提高电流和电压的转换效率。市场上越来越多制造商发现 600-1,700V 的 SiC 功率器件可以快速有效地取代传统的硅 (Si) 功率器件。

凭借出色的效率特性，碳化硅功率半导体不仅有助于节省成本，而且能够提高电动汽车充电器、太阳能转换器、电动汽车和动力电子设备等多种应用的系统性能。因此，预计碳化硅功率半导体的需求量将大幅增加。

为什么 IGBT 和 SiC 模块，成为电动车性能中的关键要角？

对于由电池驱动的电动汽车(BEV)而言，能源转换效率只有 59%-62%，还有相当大的改进空间。尽管如此，该如何在动力系统中使用新型开关设备来提高电动汽车的性能，仍然是个难题。

Mordor Intelligence 的数据显示，2020 年 IGBT 的市值为 60.47 亿美元，预计到 2026 年将达到 110.1 亿美元。IGBT 市值快速增加的另一个原因是电动汽车和混合动力汽车 (EV/HEV) 动力系统的电气化发展。IGBT 可以显著降低传导损耗和开关损耗，从而直接影响车辆的整体效率。电动汽车在欧洲、北美和中国的热销为 IGBT 应用在基础设施和电动汽车制造领域打下了坚实基础。这些销售佳绩有助于进一步巩固 IGBT 的市场地位。

随着宽带隙 (WBG) 材料在电动汽车及其他功率转换设备中的应用越来越广泛，最新一代的 SiC 模块为电动汽车的发展创造了更有利的条件。在高温和重复应力环境下，它可能是最适合电动汽车的功率模块，不仅能够提高效率，加快开关速度，还可以大大节省成本，大大缩小尺寸，以及大大降低能源消耗。

模块/包装尺寸减小了 50% 以上。
满负载时损耗降低 70%，低负载时损耗更低，因此在相同的负载范围内可以使用更小的电池。
冷却系统缩小了 40%，降低了满负载时的损耗，使冷却系统更加小巧
整个负载范围内的可靠性得到提升

无论是IGBT 或 SiC，环旭电子已然蓄势待发

环旭电子已经深耕汽车电子领域 40 余年。凭借敏捷且灵活的组织结构，环旭电子将推动自动化生产，不断改进与电动汽车相关的动力总成制造和测试技术。

此外，近年来我们开始全球布局，为欧洲、美国、日本等国家和地区的主要国际功率半导体供货商提供功率模块的组装和测试服务。为此，环旭电子已经在 2022 年将电动汽车逆变器使用的 IGBT 模块投入量产，并预计在今年(2023)正式推出 SiC模块。

随着电动汽车市场的快速增长，环旭电子将为客户带来一流的汽车解决方案。在未来 5 年内，电动汽车市场将继续增长，为汽车车用电子业务带来新的增长。无论客户需要 IGBT 模块还是 SiC 模块，环旭电子都已经蓄势待发，准备以完整的技术能力来满足客户的需求。