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5G手机|化合物半导体GaAs、GaN、SiC的技术优势和应用领域分析( 六 )



5G手机|化合物半导体GaAs、GaN、SiC的技术优势和应用领域分析
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5G手机|化合物半导体GaAs、GaN、SiC的技术优势和应用领域分析
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4.2新能源汽车及充电桩数量快速增长 ， SiC器件需求旺盛
未来几年中 ， 新能源汽车及充电桩将成为SiC功率半导体市场快速增长的主要驱动力量 。 新能源汽车应用中 ， SiC功率半导体相比于Si基器件可实现轻量化和高效率 。 新能源汽车系统中 ， 应用功率半导体的组件主要包括：DC/AC逆变器、DC/DC转换器、电机驱动器和车载充电器（OBC） 。 目前 ， 电动汽车中的功率半导体器件主要为Si基器件 ， 但新兴SiC功率器件在性能上更具优势 。 在DC/AC逆变器的设计中 ， SiC模组代替Si模组能够显著降低逆变器的重量和尺寸 ， 同时做到节能 ， 在相近的功率等级下 ， SiC模组逆变器重量可降低6kg ， 尺寸可降低43% ， 同时开关损耗降低75% 。 在DC/DC转换器的设计中 ， SiC-MOSFET替代Si-IGBT能够提高输入、输出电压 ， 并且可以提高开关频率（开关频率越高 ， 输出电容和电感越小 ， 从而节省电路板面积）和功率密度 ， 实现组件的小型化 。 此外 ， 根据AachenUniversity的数据 ， 在相同的输入功率下 ， 三相SiCDC/DC转换器的效率要平均高出对应的单相SiDC/DC转换器的效率1个百分点左右 。

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SiC功率器件轻量化、高效率、耐高温的特性有助于有效降低新能源汽车系统成本 。 以2018年特斯拉Model3中首次搭载的SiC功率器件为例 ， 其轻量化的特性节省了电动汽车内部空间 ， 高效率的特性有效降低了电动汽车电池成本 ， 耐高温（200度也能正常工作）的特性降低了对冷却系统的要求 ， 节约了冷却成本 。 虽然应用SiC功率器件增加了300美元左右的前期成本 ， 但是以上方面的改观可节约近2000美元的系统成本 ， 总体来看 ， 采用SiC功率器件带来了1700美元以上的正收益 。

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受益于新能源汽车中功率半导体价值大幅提升和新能源汽车销售放量增长 ， 车用SiC功率器件有望充分受益 。 根据英飞凌的统计 ， 传统燃油车向新能源汽车升级大幅增加了半导体器件的价值 ， 约从平均355美元增加至695美元 ， 而其中半导体功率器件增幅更为显著 ， 约从原17美元增长15倍至265美元 ， 为功率半导体尤其是SiC功率半导体带来了更大的机遇 。 根据英飞凌的预测 ， SiC器件在新能源车中的渗透率有望不断提升 ， 将从2020年的3%提升至2025年的20% 。 根据国际能源署（IEA）的预测 ， 在可持续发展情境下 ， 全球电动汽车保有量将从2019年的720万辆以年均超过36%的增速增长至2030年的2.45亿辆 。 在上述两种因素的作用下 ， 预计车用SiC功率器件将维持旺盛的需求 。

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充电桩建设加速 ， 为SiC功率器件市场打开了一个新的增量市场 。 根据国家发改委的数据 ， 截至2019年底 ， 我国充电设施数量120多万个 ， 与380多万量的新能源车保有量相比仍是短板 ， 未来建设将持续加速 ， 仅2020年就预计新建充电桩60万个以上 。 一个直流充电桩大约需要170个MOS ， SiC器件用在充电桩中具有高功率密度、超小体积的优势 ， 并且支持快速充电 ， 成为未来的发展趋势 。 根据CASA测算 ， 2018年充电桩中SiC功率器件的渗透率仅有10%左右 。 未来SiC在充电桩中渗透率提升叠加充电桩建设加速 ， 充电桩市场有望为SiC功率器件带来显著市场增量 。


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