（原标题：第三代半导体火星电竞，必不成少）
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来源：内容由半导体行业不雅察（ID：icbank）编译自electropages，谢谢。
现在推进裁汰二氧化碳排放、从简能源和保护环境的 要害基础之一 是电动汽车 (EV) 的出现。驱动电动汽车的能源天然是电力，淌若电动汽车要不负其生态超等英雄的好意思誉，它就需要尽可能少地耗尽电网电力。要作念到这一丝，它需要尽可能高效地诈欺能源。它的宽带隙半导体 (WBG)，如氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC)，使这成为可能。
但在咱们深入了解 WBG的作用特地运作神气之前，让咱们先毛糙了解一下两个汽车生态系统。
淌若您觉得电动汽车具有不公道的上风 - 您是对的！开端，电动机的后果彰着高于汽油发动机。还有更真切的东西。只消望望20 世纪 60 年代最浩大的汽车引擎盖下 ，你就能真实看到车 底的路面 ！淌若你在当代燃气汽车上作念雷同的不雅察，你看不到大地，而是看到一排可怕的泵、管子、透风口等等——这是化学工程师的天国，只专注于稠浊限制。
电动机不会像汽油发动机那样产生稠浊，因此不需要稠浊限制系统。整个碳氢化合物稠浊限制皆在源泉——发电厂进行。与数百万辆汽油驱动汽车不同，每辆汽车皆提拔一个复杂、耗能的自动稠浊限制系统，而只需要一个这么的系统，在发电厂自身，由 东说念主工大众和先进的自动化建立不断监控。最终收尾 是，一个极其有用的系统取代了数百万个后果较低的基于车辆的安排。
电动汽车的“油箱”——也便是它的电源储存器——是锂离子电板 (LiB)，它储存了梗概 150 千瓦时的 800 伏直流电。问题是汽车中只消小数数的电能以 800 伏直流电着手。
主电机 在 400 至 800 VAC 范围内的调换电压下着手。还有好多 其他建立 需要 令东说念主头晕眼花的电压范围。这一行换经由是电动汽车着手的中枢。WBG 的后果远高于传统硅 (Si) 半导体。
思象一下通过开关造访 LiB 的电压。当开关翻开和关闭时，会产生脉动直流电。通过电气工程师熟知的旅途，脉动直流电不错调理为多样调换或直流电压。要害在于开关的后果，以及建立处罚热量的才略。
让咱们来望望 GaN 和 SiC 与传统硅 (Si) 半导体比较的上风。
1、切换速率更快。
将直流电调理为另一种电压水平的直流电时，WGB 每秒会开启和关闭数千次，从而产生脉动直流电，切换速率越快，脉冲之间的距离就越近。将 这些“脉冲”调理为干净、踏实的直流电的经由需要一个主要由电感器和电容器构成的“滤波器”。脉冲频率越高，滤波器元件就不错越小。这不错量入为主宽广的分量和空间，将直流电调理为替代传统车辆汽油发动机的主“朦胧机发动机”所需的调换电时也不错得回肖似的自制。
WGB 半导体的切换速率比硅器件快得多。
2、裁汰“导通”电阻。
功率半导体频繁被称为开关，而理思的半导体（如 理思的 机电开关）必须呈现尽可能接近零的电阻。淌若有任何电阻， 电压交叉电阻会产生热量并浪掷电力。半导体两头的电阻，即器件“源极”和“漏极”之间的电阻， 称为RSD(ON)。
在这里，WGB 也完胜 Si 器件。
3、热量。
天然 WGB 半导体比 Si 器件着手后果更高，但不成幸免地存在一些后果低下的问题，从而产生热量。但 WBG 实质上不错承受更多的里面热量，况兼仍能安全高效地着手。此外，WGB 的热导率 更高，更 容易将寄生热量从半导体中散漫出去。
GaN和SiC的主要特质各异是什么？
有两个永诀很是 杰出， 对电动汽车野心师来说 至关进犯。基本上来说，SiC 不错处罚更多功率，但 GaN 不错切换得更快。沙子在不断移动，但这张经典图表诠释了一切。
关连词，WGB 在一个方面是 失败的，那便是资本，异常是关于 SiC 而言。
电动汽车的中枢功能之一是传动系统逆变器，这是一种基于半导体的建立，可将锂离子电板的直流电压调理为为电动汽车主电机供电所需的不断变化的调换波形。关于功率更大的电动汽车， 功率更大的 SiC 半导体是彰着的技艺遴荐。但正如咱们将看到的，SiC 器件的高资本 是 一个主要扼制。
特斯拉的 SiC 问题
据 PSG Consultancy 报说念， 特斯拉是第一家将 SiC 技艺应用于传动系统逆变器的电动汽车制造商。该技艺针对的是特斯拉无处不在的 Model 3，是“SiC 行业大领域延迟的催化剂”。咱们还不错补充一丝，它的影响远远超出了交通运载行业。
随后，在 2023 年，特斯拉晓喻猜度将 SiC 使用量减少 75%，这激发了漂泊。东说念主们觉得他们可能会选定 资本更低的 GaN 器件，致使可能复原到上一代硅 IGBT。
通过不雅察特斯拉逆变器的假设里面结构，咱们不错得回一些视力 。
Model 3逆变器的每个岔路均选定 8 个并联部署的 STMicroelectronics 650V SiC MOSFET 。统共有 48 个半导体。天然价钱腾贵，但与之前的传动系统逆变器比较，自后果有所进步 ，使 Model 3 约略行驶得更远，而无需增多 LiB 容量、尺寸或分量。
但该声明的真实内容可能并不像东说念主们所看到的那样。
在逆变器底盘内更好地定位 将允许 SiC 散漫更多的热量 ，从而每个半导体皆不错 被推进得更远，从而无需在每条腿上装配八个半导体。
宽广资金参加到 SiC 开荒中。性能更浩大的半导体意味着所需半导体数目更少。
最终过渡到 800V 系统。电压越高，电流和热量越少 新车型可能会选定功率较低的电机，所需的 SiC 半导体相应较少。
关连词，更低廉的 GaN 技艺的快速发展可能在某些野心案例中使该技艺取代 SiC。
适用于 400V 和 800V 电动汽车系统的氮化镓功率半导体
“尽管硅基 GaN 诈欺了现存的基础顺序，况兼频繁截止在 650V，但 Qromis 衬底上 GaN 技艺 (QST) 的出现允许使用更厚的外延层。这项立异使职责电压更高，可能高达 1,200V 或更高。” 这使得 GaN 半导体险些不错用于为整个现存的电动汽车和行将 面世 的整个电动汽车供电。而且，最进犯的是，SiC 器件的制造难度要大得多，这天然反应在其更高的资本上。
最进犯的是，GaN 的开关速率致使比 SiC还要快 ，更无谓说 传统硅了 。这意味着更高的后果，以及 更低的分量和空间条款。
出于这些原因以特地他原因，GaN 将与 SiC 张开竞争，尤其是关于价钱较低、全球阛阓的电动汽车而言
挑战与机遇
大领域奉行电动汽车的最大扼制是短缺充电基础顺序。汽油零卖商看到了这一趋势，于是选定了妥当逻辑的举措，为驾车者 提供充电职业，以赚取利润（天然！） 。
从大多数见地来看，充电站到电动汽车车轮之间的旅途后果现在也远远超越 90%。临了一个重要前沿是锂离子电板自身。好意思国、欧洲和东亚的科学家和工程师正在预计这些问题，其中最要害的是 建立 充电需要多永劫期。
天然电动汽车可能是推进 WGB 发展的当先催化剂，但其他技艺领域不仅从中获益，而且还促进了发展。
宽带隙半导体开关速率更快，导通电阻更低，况兼比上一代硅器件更能处罚热量。它们可在通盘 电气和电子建立 范围内找到 - 从小型医疗可衣裳建立到最大的电动汽车。
SiC 和 GaN 半导体之间的两 主要永诀是，SiC 不错处罚更多功率，而 GaN 切换速率更快且更 低廉。而且至关进犯的是，GaN 更易于制造， 因此对 OEM 来说资本更低。
GaN器件先前在处罚功率和职责电压方面的截止正在渐渐克服，使其约略挑战SiC在 高功率电动 汽车应用领域的主导地位。
https://www.electropages.com/blog/2024/06/silicon-carbide-and-gallium-nitride-power-efficiency
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