为什么电动汽车最好使用碳化硅(SiC)？

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机械开关和执行器在现代汽车驾驶舱中已成为过去。在引擎盖下，大电流和高压连接的机械开关和隔离现在也可以用最新的SiC半导体代替。

工程师并没有因为大胆进取而特别出名，他们的工作需要认真细致并质疑自己的工作，在汽车工业中不外乎如此。我们所有人都有理由对此表示感谢，相信我们的汽车将安全可靠，其经过验证的设计将以渐进而非革命的方式发生变化。但是，电动汽车迫使人们改变了现代汽车的设计方法，更像是移动计算平台，而不是A到B的运输工具。

虽然电动汽车具有高科技创新，但仍有一些领域仍然需要简单的技术。车轮轴承不会很快消失，机电设备（例如接触器和断路器）也很常见，它们可以断开高压/大电流电池连接，以实现安全隔离和发生故障时。预期的电流可能达到数千安培，电池电压将增加到800V，并且由于固有的冲击和振动，这些设备必须非常坚固。外壳的破裂与过载有关，在断开DC时也会发生磨损，因为拉出的电弧会烧掉接触材料并产生热量。电弧可以使用昂贵的充气外壳或采用奇异的技术来淬灭，例如用压缩空气将其吹走或利用磁场将其转移到更长的路径。

SiC现在是可行的替代品

固态断路器已经存在了很长时间，但是采用GTO，IGBT和最近的MOSFET的方法并不理想，插入损耗很大，这在电动汽车中是不可接受的，因为电动汽车中的每瓦功率都无法实现驱动范围。但是现在，UnitedSiC的新一代SiC FET改变了局面。最新的650V器件的导通电阻小于7毫欧，而1200V器件的导通电阻小于9毫欧，因此传导损耗不再是问题，而且SiC固有的高结温额定值也有帮助。SiC FET采用TO-247封装，并具有易于栅极驱动的特性，通常可以替代现有断路器设计中的IGBT和MOSFET，以降低损耗，其工作时间比机械类型快1000倍，并且当然不会产生电弧。

一旦断路器和接触器变为固态，其他控制可能性就会打开。可以主动控制传导，以限制涌入电流或“预充电”，并且可以更智能地处理短路。例如，SiC FET中的JFET具有固有的“收缩”效应，可设置饱和电流，该饱和电流随施加的电压而相当恒定，并随着温度的降低而减小，以实现良性的功率限制作用（图1）。

【图1：SiC JFET饱和电流随电压几乎恒定，随温度降低】

此特性可能意味着仅需为适当的饱和电流选择两个SiC JFET即可实现极其简单的限流器（图2）。

【图2：两个串联的SiC JFET构成有效的限流器】

通过配置为断路器，UnitedSiC的常开SiC JFET也可以配置为真正的两端断路器模块，而无需外部辅助电源或内部DC-DC转换器。

财富爱大胆

工程师们一直都知道“如果它移动，它就会破裂”，最新的带触摸屏控制和线控驾驶的电动驾驶舱就是对此的回应。最新的SiC FET和JFET器件应鼓励设计人员大胆尝试，分裂不定式，超越其他范围，使机械接触器和断路器成为历史。

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