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罗姆第四代SiC,全面提升新能源车效率与安全
作者: 老烨 来源: 汽车制动网 日期: 2023年2月22日

随着新能源车市场的迅速发展,用户对于充电效率提出了更高的要求,也促使支持800V超高压充电的车型越来越多,而要保证超高压充电下充电系统的安全与效率,以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料正以其耐高压、耐高温和高频性能等优势,正广泛用于新能源汽车等领域。目前,全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用碳化硅功率器件,不仅降低开关损耗,提升充电效率,也预示着未来超充技术将会得到更广泛的搭载应用。
 
所以,随着新能源车市场应用进一步扩大,预计碳化硅市场将会引来持续的增长期。有数据表明,新能源汽车市场占比已经超过碳化硅器件总市场的41%,预计将在2025年达到60%以上。
 
作为在碳化硅产品开发上拥有20多年历史的罗姆半导体,在2009年收购了全球排名前列的碳化硅衬底供应商SiCrystal,实现整个IDM的生产过程后,不仅为稳定供货提供了保证,也为急速增长的碳化硅市场做了前期准备。
 

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目前,汽车与工业两大市场已经占到罗姆碳化硅业务60%-70%,罗姆的碳化硅产品在OBC、DCDC、主驱动器包括燃料电池相关的一些电气设备方面都有比较广泛的应用。
 
近两年,罗姆也与国内企业进行技术上的一些合作。2020年,罗姆与纬湃科技合作开发碳化硅电源解决方案,同年与臻驱科技建立了联合实验室,进行以碳化硅为主的电源解决方案的开发。2021年,罗姆与吉利签署了战略合作协议,与正海集团成立碳化硅功率模块合资公司海姆希科。同年,罗姆被UAES(联合电子)公司认证为碳化硅功率器件解决方案的首选供应商,产品用于逆变器。2022年,Lucid公司OBC应用了罗姆的SiC MOSFET。同年,罗姆的SiC MOSFET也通过了赛米控公司的认证,应用在其eMPack®模块里面。
 
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罗姆希望通过碳化硅等具有高转换效率的这些产品为节能和实现无碳社会作出贡献,而罗姆第四代碳化硅产品就是一个最好的例证。
 
罗姆第四代碳化硅产品技术优势
第四代碳化硅是罗姆在2021年实现量产的产品,拥有低损耗、使用简单、高可靠性等优势。
 
在低损耗方面,通过业内先进的低导通电阻技术,根据元件的设计,强化沟槽结构设计,相较于原来的第三代产品,导通电阻(RonA)减少了40%,同时,更容易实现高速的开关特性。此外,发热量也获得明显改善,根据热探头拍摄的照片显示,第三代的产品实际应用是92度,第四代的产品只有71度,降低了20多度。第四代比第三代的导通损耗实现了大约50%的改善。直接的好处就是散热器体积减小,带来整体成本降低,质量减轻,能效提高,促进节能。
 
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在使用简便上,罗姆碳化硅产品的栅极的电压可以与IGBT等目前广泛应用的栅极驱动电路等同使用。第三代产品在15V驱动和18V驱动导通阻抗的差是30%,而到了第四代,15V跟18V两种驱动电压的导通阻抗的差只有11%,基本上,在15V的情况下可以满足一般状态的碳化硅全负载驱动,能够简化客户驱动电路设计。当然,在重载的情况下仍然是推荐18V驱动。
 
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同样,在负Bias设计上,罗姆芯片高速开关的特性带来的寄生电容的减小也会抑制自开启的风险。而无负压驱动也可以简化电路设计,节省的绕组可以让变压器的设计简化很多,使客户整体方案设计更为便利。在内部栅极电阻的阻值上,第四代也比第三代会有明显的降低,有利于更灵活的电路设计,更容易实现客户需求。
 
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最后在可靠性上,第四代产品也得到了进一步的提高,通过降低了饱和电流值,能够实现短路时间大幅度的延长,优化了标准导通阻抗与短路耐受时间间的折中量。
 
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罗姆持续看好碳化硅市场的发展
罗姆对于碳化硅市场的发展有着较高的增长预期,并预计2024-2026三个年度中,全球会有近9000亿日元的市场有待开拓。因此,罗姆已制定了2023-2025年度规划,在2025年度实现超过1100亿日元的销售目标。
 
为了实现这样的目标,罗姆正在不断地进行碳化硅方面的投资,计划在2021-2025这五年投入1700-2200亿日元。同时,面向市场上面的急剧增长的需求,罗姆制定了大幅度提升产能的计划,预计2025年产能相比2021年将提升6倍,到2030年提升25倍。宫崎基地和阿波罗筑后工厂的新厂房都将是罗姆扩产计划的坚实基础。
 
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同时,罗姆将会持续推进碳化硅产品研发,计划在2025年和2028年分别推出第5代、第6代产品,并分别实现成本上30%的降幅。另外,罗姆将增加晶圆的直径,提高生产效益, 2023将实现200mm即8英寸衬底的量产,2024年实现50平方毫米的产品,支持更高电流输出的需求。
 
汽车市场是罗姆半导体业务重要的板块之一,汽车与工业超过了50%的比例,预计2022年的4月到2023年的3月一整年的全球销售额在250-260亿人民币之间,其中汽车市场依然是增长速度比较快的领域,预计整年销售额增长会在24%以上。而中国则是罗姆重要的市场之一。预估中国整年的销售额的增长会在30%以上。
 
目前,罗姆在上海、北京、深圳、台湾设立了四个销售公司来覆盖全中国的销售网络,总共有20个销售和技术据点,保证罗姆在面对客户的销售、技术、质量的各方面需求时都可以做到非常稳定、非常及时地对应。值得一提的是,罗姆拥有IGBT和Hybrid-IGBT、SJ-MOS、SiC MOSFET四种方案,在价格和性能上各有不同,让客户可以根据自己的需求进行选择。同时,罗姆技术中心也会提供原厂应用支持,一直支持到客户进行评价,实现量产。
 
在汽车新时代下,罗姆松本社长也提出了最新的企业宣言,要成为用电子器件解决社会问题的企业,希望通过能够实现产品的节能和小型化解决社会课题,创造一个人人都能舒适生活、安全安心的社会。

(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:Jack)

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