氮化镓和碳化硅器件在新能源汽车崛起中的作用

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欧盟制定了一个雄心勃勃的目标,即到2050年将其总体温室气体排放量降低至少80%。要实现该目标,汽车行业的贡献将非常重要。美国企业平均燃油经济性(CAFE)标准虽然很可能要经受特朗普政府的审查,但它在改善车辆的环境保护方面发挥了重要作用。如果这些标准保持不变,汽车制造商将需要在各个方面明显改善燃油的经济性,预计到2022年将达到每加伦汽油49英里(49mpg)的平均水平。

如果要实现所有这些目标,使电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)具备更大的市场占有率将变得至关重要。根据彭博新能源财经(Bloomberg New Energy Finance)进行的分析预测,到2040年,电动汽车将占全球汽车年出货量的35%(相当于4100万辆)。但是,这些距离我们今天市场看到的情况仍然存在着巨大的差距。除挪威(现在销售的超过20%的汽车是插电式电动汽车)和荷兰(电动汽车拥有接近10%的市场占有率)之外,包括德国、美国、中国、法国、英国和日本等全球领先的经济体,电动汽车的市场占有率都低于1.5%。

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要实现从内燃机型的汽车发动机到更环保的HEV/EV型汽车的重大转变,必须克服的核心挑战就是非常重要的功率电子技术。购买汽车时消费者需要支付一笔不太情愿的初始投资,这些高昂的费用主要来自电源逆变器和储能元件的成本。其他主要的挑战包括充电一次汽车所能行驶的距离以及充电过程的时间长短。同样,这些问题也源于所使用的功率电子。

提高电源的效率水平将有助于使逆变器体积更小,因此也具有更高的性能价格比。这也将使它们变得更轻,从而使车辆能够行驶更远的距离。同时,氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)等宽带隙技术的出现提供了可以避免硅器件中固有功率损失的技术途径。 GaN和SiC都比硅器件具有更高的电子迁移率和更低的RDS [ON]参数,它们还支持高开关速度,并具有更高的击穿电压和更高的导热性能(尤其是SiC)。提高功率转换效率可为热管理带来很多好处。例如,散热问题变得不再那么令人担心,因而使材料清单成本更低,占用空间更少,同时仍然保持高的可靠性。

 

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罗姆(ROHM)株式会社与GaN Systems推出的GS6650x系列氮化镓晶体管,针对HEV/EV设计中的高压系统(高达650V)而进行了优化,由于采用了该公司专有的Island Technology,可以不再需要母线排(bus bars),因而能够节省空间。这些晶体管还可以垂直地从芯片上得到电流,能够降低电感损耗并实现更高的品质因数(FoM)值。这反过来又有助于减轻饱和电压和开关损耗之间的折衷,该系列产品采用GANPX™封装,尽管外形紧凑,也能够确保电感和热阻都得到有效抑制。

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该合作使得GaN Systems业内领先的氮化镓晶体管与罗姆在半导体领域内的经验及在电子元件设计及制造领域内的大量资源相结合。

双方同意共同研发外形、安装、功能均兼容的产品,在GaN Systems的GaNPX?封装及罗姆的传统型功率半导体封装中使用GaN半导体模具,双方的用户将有可能从两个渠道获得封装兼容的GaN功率开关,从而选择GaN设备。

此外,两家公司将共同致力于氮化镓半导体研发活动,推出一款全新突破性产品方案,供工业、汽车及消费电子品行业的客户使用。

为实现大幅节能并提升功率密度(power densities),两家公司将继续开展合作,拓展其氮化镓产品并拓宽用户的产品选择渠道。

 

 

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