球王会最大的增长机会在汽车领域，尤其是电动汽车。
基于SiC的功率半导体用于电动汽车的车载充电装置，而这项技术正在进入系统的关键部分——牵引逆变器。牵引逆变器为电动机提供牵引力，以推动车辆前进。
SiC正在进军车载充电器、DC-DC转换器和牵引逆变器。车载充电器通过电网为车辆充电。
球王会DC-DC转换器获取电池电压，然后将其降低到较低的电压，用于控制窗户、加热器，以及其他功能。
▲infineon DC/DC converter
球王会纯电动汽车也由牵引逆变器组成。高压母线将逆变器连接到电池和电机上。电池为汽车提供能量。
推动汽车前进的电动机有三根线。这三根线延伸到牵引逆变器，然后联网到逆变器模块内的六个开关。每个开关实际上是一个功率半导体，在系统中充当电开关。
对于开关，现有的技术是IGBT，因此牵引逆变器可以由六个IGBT组成，额定电压为1200伏。
在逆变器中，有六个IGBT，每个IGBT都有一个单独的硅二极管。使用二极管有几个原因：IGBT无法承受反向电动势和过高的电压。因此，需要在每个IGBT上加一个二极管电力电子器件一般工作在，以防止在关闭开关时破坏它。
不久前电力电子器件一般工作在，日本电装公司与丰田汽车共同推出功率密度高达60kW/L的逆变器;罗姆公司采用碳化硅功率器件使驱动系统和马达实现了一体化;三菱电机开发的新型EV用马达里的逆变器，其晶体管和二极管全部使用碳化硅。
国内从2014年碳化硅二极管就已经实现了量产，但事实上，还没有形成完整的产业，与外国产业规模差距大，国内市场上大部分碳化硅功率器件依赖进口，形成国际大厂垄断局面。
在碳化硅材料方面，国内仅有少数几家从事碳化硅衬底材料和外延材料的研发工作。
而在碳化硅功率器件方面，虽然清华大学、中国科学院等都有此类器件的课题研究，但主要是理论研究及实验室的研究成果。
▲比亚迪SiC晶圆
比亚迪2018年已经成功研发了SiC MOSFET（汽车功率半导体包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或MOSFET等），有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。
预计到2023年，比亚迪将在旗下的电动车中，实现SiC基车用功率半导体对硅基IGBT的全面替代，将整车性能在现有基础上再提升10%。
比亚迪已投入巨资布局第三代半导体材料SiC，并将整合材料（高纯碳化硅粉）、单晶、外延、芯片、封装等SiC基半导体全产业链，致力于降低SiC器件的制造成本，加快其在电动车领域的应用。
▲infineon Auxiliary Inverters/Converters
国内产业链比较健全，但基础技术（单晶，外延和器件）离国外有很大距离：
将750V转换到27V供低压电动汽车使用的SiC电源供应，是用SiC功率组件提高电动汽车效率的很好例子。
这种架构将效率从88%提高到了96%，将尺寸和重量减少了25%电力电子器件一般工作在，并且与Si解决方案相比不需要用风扇来冷却多余的热量。
目前SiC器件在EV／HEV上应用发展最快的是日本企业，走在前面的当属丰田公司。丰田中央研发实验室(CRDL)和著名零部件厂商电装公司从1980年就开始合作开发SiC半导体材料，2014年5月他们正式发布了基于SiC半导体器件的零部件—— 应用于新能源汽车的功率控制单元(PCU)。
2015年5月丰田汽车公司公布了配备SiC半导体功率控制单元(PCU) 的混合动力车(HEV)的公路实验结果，实验于2015年2月在日本爱知县启动，到5月底“已经确认燃效较原来改善了5％，通过优化动作控制，可以达到将燃效改善10％的目标”。
日立制作所和日立汽车系统公司2015年9月28日宣布，面向混合动力车和纯电动汽车开发出了高效率、高功率的逆变器。与日立的原产品相比，新产品的电力损耗削减60％，相同体积下的电力容量扩大到了约2倍。
通过碳化硅功率器件实现大幅度电动汽车逆变器和DC-DC转换器等驱动系统的小型轻量化。如果利用碳化硅功率元件，体积可以缩小到原来的3/2至3/1。
另一方面，碳化硅可以改善电池性能，增加充放电循环次数。碳化硅的使用可提高充电锂离子电池3倍以上的电容量，碳化硅延长了电动汽车的续航时间。
下表显示电动汽车SiC功率组件的一些重要应用：
▲电动汽车电子架构中的一些SiC应用
PCU是指电源控制单元；APS是指辅助电源)
表格来源：2015 Tenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies
实际上，我们可以把IGBT看做是电开关，它们可以启用和禁用各种电机绕组，并有效地使电机旋转。
用于这种功能的最流行的电子半导体开关称为IGBT，超过90%的汽车制造商都在使用它们，它们是根据需要将电池电流转换到电动机的最便宜的方式。
SiC MOSFET比IGBT具有更快的切换速度，SiC MOSFET降低了开关损耗，同时降低了中低功率水平下的传导损耗。
它们的工作频率是IGBT的4倍，由于更小的无源元件和更少的外部元件，因此可以减小重量、尺寸和成本，因此，与硅基解决方案相比，SiC MOSFET可将效率提高90％。
特斯拉在一些车型中使用了SiC功率器件，SiC MOSFET在汽车市场具有潜力。但仍存在一些挑战，比如成本、长期可靠性和模块设计。
至于汽车应用，我们预计IGBT将在未来十年主导市场。SiC具有高效率、高功率密度的优点，但成本较高。这意味着缩小尺寸和缩小电池容量的优点需要弥补更高的成本。
这就是为什么我们相信SiC将最先用于车载充电器，因为更高开关频率下的SiC效率和更小的无源元件可以补偿SiC器件的高成本。只要电池成本节省多于SiC器件增加的成本，SiC就将被广泛应用于大型电池电动汽车的主逆变器应用领域。
对于800伏系统的电动汽车，还有其他优点，例如更短的充电时间、更高的逆变器效率和更低的电缆成本。
▲infineon Battery Management
电动车辆由电动机驱动器驱动，电动机驱动器传统上使用功率MOSFET或IGBT。如果你用SiC替换掉原来的电动机驱动器，那么你的驱动器损耗会降低80％。这意味着在相同的续航里程内，可以使用更小的电池。电池越小意味着成本越低。
经过 20 多年的发展,虽然碳化硅器件目前还存在如产量低、价格高、商业化 器件种类少和缺乏高温封装等问题,但商业化碳化硅电力电子器件所展现出的令人惊奇的性能已经受到了普遍的关注。
▲Franco-Italian chipmaker STMicroelectronics NV is a supplier for Apple and Tesla
到2023年，SiC功率半导体市场预计将达到15亿美元。
SiC器件的供应商包括Fuji、英飞凌、Littelfuse、三菱、安森半导体、意法半导体、Rohm、东芝和Wolfspeed。 Wolfspeed是Cree的一部分。X-Fab是SiC的唯一代工厂商。
随着碳化硅电力电子器件技术的研究的不断深 入,这些问题将逐渐得到解决,更多更好的商用碳化硅电力电子器件将推向市场, 必将大大拓展碳化硅电力电子器件的应用领域。
同时,纵观电力电子的发展历程, 新器件的诞生会带来整个电力电子行业的重大革命,在不久的将来,碳化硅功率器 件将成为各种变换器应用领域中减小功率损耗、提高效率和功率密度的关键器件。
SiC器件在电动汽车控制部件应用中存在的问题
尽管碳化硅功率器件在电动汽车驱动系统的使用中具有显著的优势和广泛的应用前景，但仍有以下问题需要解决：
1）电磁兼容性问题
电动汽车电力电子装置是电动汽车的最主要的电磁干扰源也是重要的传播途径，显然，高的开关频率会加剧电动汽车的电磁干扰。电动汽车内有大量噪声敏感的电子设备，不良的电磁兼容设计往往对其他车载电子设备的造成干扰甚至是误操作，给汽车留下较大的安全隐患。
此外，高频高压工作下的开关器件还会引起的剧烈的du/dt 和di/dt。du/dt将影响电机绝缘的可靠性；di/dt 将进一步恶化器件的工作条件，并产生更强的辐射电磁干扰。因此，对SiC 器件引起的电磁干扰的产生机理和抑制方法上进行深入研究，才能有效提高电动汽车的电磁兼容性能。
2）高频磁性元件设计问题
碳化硅器件的使用可以提高变换器的开关频率、缩小磁性元件体积，但高频化下的磁性元件有许多基本问题要研究。
①提高开关频率后，电抗器的磁性材料的铁损会增大，导致电力变换器效率降低，必须使用新的磁性材料和绕制工艺。如安川电机在其输出功率为45kW变换器的电感中使用了称为“Liqualloy”的非晶合金新磁性材料电力电子器件一般工作在，该材料的特点是拥有与电磁钢板相当的高饱和磁通密度，而且高频成分的损耗小；
②由于开关频率的提高，在低频下可以忽略的某些寄生参数，在高频下将对电路某些性能(磁元件的漏感和分布电容等)产生重要影响。高频磁技术理论作为学科前沿问题，如磁心损耗的数学建模，磁滞回线的仿真建模，高频磁元件的计算机仿真建模等，需要受到人们的广泛重视。
3）先进封装技术
电动汽车环境温度较高，功率模块及其辅助电路需满足高可靠性、耐热性以及电气坚固性等需求。因此需要先进封装技术改善散热条件、降低寄生参数、提高功率模块的电气坚固性和可靠性。电力电子研究人员一直在努力寻找新型大电流高功率密度封装结构和互连方法电力电子器件一般工作在，以替代目前的平面封装结构和引线键合工艺，彻底消除它们带来的各种问题。
无引线键合的顶部功率连接，最小引线键合，动态匹配和芯片双面散热等工艺需要进一步研究[7]。近年来，新的封装技术，如英飞凌的扩散焊接工艺，赛米控的完全无焊接的弹簧压接技术以及烧结技术等，可能成为未来宽禁带电力电子器件的主流封装工艺。
参考文献：
1.《宽禁带碳化硅功率器件在电动汽车中的研究与应用》华南理工大学电力学院 王学梅
2.《第三代半导体器件在新能源汽车(EV／HEV)上的应用》广东省机械研究所 郑泰山
3.《应用增强型碳化硅结型晶体管的功率因数校正技术》密西西比州立大学车辆系统研究中心
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