功率半导体推动混合动力汽车和电动汽车发展

2012年06月05日18:00:05 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

——英飞凌科技股份有限公司电驱动系统产品市场总监Dusan Graovac博士谈功率半导体在汽车领域的应用

在日前举行的2012英飞凌汽车电子六城巡回研讨会北京站，英飞凌科技股份有限公司电驱动系统产品市场总监Dusan Graovac博士接受了记者的采访，阐述了功率半导体的先进性、挑战和未来发展蓝图。

Dusan Graovac博士

IGBT就是明天的“喷油器”

Dusan Graovac博士认为，半导体技术已成为电动汽车架构的主要推动者。汽车行业正在发生模式的转变：IGBT就是明天的“喷油器”。虽然今天的汽车内燃机仍在使用燃料喷射器，车辆性能的驱动器仍然是机械部件和子系统，半导体只是一种辅助；明天，电子逆变器中的IGBT将使车辆性能的驱动器变成半导体元件和子系统，而机械部件变成辅助。

电动汽车架构需要功率半导体

他表示，电动汽车架构正在驱动汽车功率半导体需求的增长。汽车与电动车/混合动力汽车的半导体BOM将达到今天总体汽车SC BOM的2倍，即使是在低端市场，预计这也将成为功率半导体很大的市场。

挑战和机遇并存

Dusan Graovac博士说，今天的经典电动汽车架构面临着许多挑战，必须走向改进的架构。挑战在于，由于几个独立的模块、高压布线和连接器成本决定了系统成本比较高；系统效率比较低，散热难度高，由于高功率损耗使逆变器尺寸比较大；低里程和电池寿命比较短；另外，电动汽车架构也要求严格的安全完整性。

因此，创新的半导体是领先电动汽车解决方案的关键驱动力。例如，逆变器要求有较高功率密度、高电压和高电流、温度和冷却能力、恶劣环境下的寿命、重量和尺寸，IGBT、二极管（硅、碳化硅）、HybridPACK、栅极驱动器可以解决这些问题。又如，DC/DC（低压）要求高功率密度、隔离、高开关频率（大于100kHz），MOSFET、CoolMOS、栅极驱动器、EasyPACK都可以使用。充电器要求高效AC/DC转换、处理高电流（快速充电）、高开关频率（大于100kHz）、安全和通信，而MOSFET、CoolMOS、栅极驱动器、EasyPACK就派上了用场。电池管理要求需要延长电池寿命、电池状态监测和控制智能算法，MOSFET和电池管理IC可以胜任。

新技术帮忙

Dusan Graovac博士认为，IGBT硅技术和制造技术可以优化功率密度，是典型逆变器应用中高电流的首选器件；沟槽+场终止晶格设计可降低开关损耗和实现高鲁棒性；晶圆厚度是减少功率损耗（超薄晶圆）的关键参数，晶圆尺寸从6英寸增加到12英寸，每片晶圆器件产出将增加400％，晶圆厚度将下降到40μm更有助于实现高性能的器件。

晶圆厚度将下降到40μm更有助于实现高性能的器件

除了介绍高功率半导体解决方案的发展趋势和应用，以及功率半导体的主要特点，他还介绍了实现逆变器高效率未来较好的器件碳化硅（SIC）JFET。碳化硅是高性能功率半导体器件的理想材料。SiC器件的效率非常高、速度快、高温能力和可靠性，有助于功率器件大幅扩展电压范围（300至2500V）。

不过，碳化硅产品的实现是一个挑战（衬底尺寸、晶体缺陷、晶体管特性），目前工业应用中已在使用碳化硅，碳化硅刚刚在进入汽车领域。需要解决的问题是：增加晶圆尺寸，第一步是2011年4英寸到6英寸碳化硅，2011年年底推出碳化硅二极管，2015年年底推出碳化硅JFET。

碳化硅性能更高

此外，为了实现更高集成度的功率半导体解决方案，电机集成功率电子技术、采用.XT技术的汽车电源模块，这些先进技术都可以实现更高的导热能力。

.XT等技术都可以实现更高的器件性能

Dusan Graovac博士较后强调，汽车认证产品与工业产品有不同的质量要求、加工、测试要求，必须满足高功率半导体的汽车质量和可靠性。英飞凌有一个汽车卓越计划，覆盖了xEV，目标是可持续改善质量，实现零缺陷理念，减少客户退货数量和质量问题，增加顾客满意度，较终推进混合动力汽车和电动汽车的发展。

功率半导体推动混合动力汽车和电动汽车发展

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