（原标题：第三代半导体，必不成少）
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现在鼓舞裁减二氧化碳排放、从简能源和保护环境的 环节基础之一 是电动汽车 (EV) 的出现。驱动电动汽车的能源天然是电力，若是电动汽车要不负其生态超等袼褙的好意思誉，它就需要尽可能少地浪掷电网电力。要作念到这一丝，它需要尽可能高效地应用能源。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的作用过甚运作模式之前，让咱们先通俗了解一下两个汽车生态系统。
若是您觉得电动汽车具有不自制的上风 - 您是对的！开首，电动机的成果显然高于汽油发动机。还有更长远的东西。只消望望20 世纪 60 年代最弘远的汽车引擎盖下 ，你就能真确看到车 底的路面 ！若是你在当代燃气汽车上作念一样的不雅察，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，只专注于稠浊适度。
电动机不会像汽油发动机那样产生稠浊，因此不需要稠浊适度系统。系数碳氢化合物稠浊适度王人在起源——发电厂进行。与数百万辆汽油驱动汽车不同，每辆汽车王人提拔一个复杂、耗能的自动稠浊适度系统，而只需要一个这么的系统，在发电厂本人，由 东说念主工民众和先进的自动化开辟不断监控。最终收尾 是，一个极其灵验的系统取代了数百万个成果较低的基于车辆的安排。
电动汽车的“油箱”——也等于它的电源储存器——是锂离子电板 (LiB)，它储存了节略 150 千瓦时的 800 伏直流电。问题是汽车中惟有少许数的电能以 800 伏直流电开动。
主电机 在 400 至 800 VAC 范围内的调换电压下开动。还有很多 其他开辟 需要 令东说念主头昏脑胀的电压范围。这一溜换经过是电动汽车开动的中枢。WBG 的成果远高于传统硅 (Si) 半导体。
念念象一下通过开关拜访 LiB 的电压。当开关掀开和关闭时，会产生脉动直流电。通过电气工程师熟知的旅途，脉动直流电不错调度为各式调换或直流电压。环节在于开关的成果，以及开辟解决热量的材干。
让咱们来望望 GaN 和 SiC 与传统硅 (Si) 半导体比拟的上风。
1、切换速率更快。
将直流电调度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”调度为干净、沉稳的直流电的经过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。这不错量入为主大王人的分量和空间，将直流电调度为替代传统车辆汽油发动机的主“缺乏机发动机”所需的调换电时也不错获取访佛的克己。
WGB 半导体的切换速率比硅器件快得多。
2、裁减“导通”电阻。
功率半导体往往被称为开关，而理念念的半导体（如 理念念的 机电开关）必须呈现尽可能接近零的电阻。若是有任何电阻， 电压交叉电阻会产生热量并浪费电力。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 器件开动成果更高，但不成幸免地存在一些成果低下的问题，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开动。此外，WGB 的热导率 更高，更 容易将寄生热量从半导体中懒散出去。
GaN和SiC的主要特质各别是什么？
有两个差异额外 超越， 对电动汽车瞎想师来说 至关迫切。基本上来说，SiC 不错解决更多功率，但 GaN 不错切换得更快。沙子在不断出动，但这张经典图表阐扬了一切。
可是，WGB 在一个方面是 失败的，那等于本钱，绝顶是关于 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开辟，可将锂离子电板的直流电压调度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，股指期货配资 功率更大的 SiC 半导体是显然的时期聘用。但正如咱们将看到的，SiC 器件的高本钱 是 一个主要阻拦。
特斯拉的 SiC 问题
据 PSG Consultancy 报说念， 特斯拉是第一家将 SiC 时期应用于传动系统逆变器的电动汽车制造商。该时期针对的是特斯拉无处不在的 Model 3，是“SiC 行业大范围膨大的催化剂”。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，特斯拉文书筹划将 SiC 使用量减少 75%，这激励了颠簸。东说念主们觉得他们可能会接管 本钱更低的 GaN 器件，致使可能归附到上一代硅 IGBT。
通过不雅察特斯拉逆变器的假设里面结构，咱们不错获取一些见识 。
Model 3逆变器的每个岔路均接管 8 个并联部署的 STMicroelectronics 650V SiC MOSFET 。统统有 48 个半导体。天然价钱高尚，但与之前的传动系统逆变器比拟，其成果有所晋升 ，使 Model 3 概况行驶得更远，而无需加多 LiB 容量、尺寸或分量。
但该声明的真的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 懒散更多的热量 ，从而每个半导体王人不错 被鼓舞得更远，从而无需在每条腿上装配八个半导体。
大王人资金参预到 SiC 开辟中。性能更弘远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 新车型可能会接管功率较低的电机，所需的 SiC 半导体相应较少。
可是，更低廉的 GaN 时期的快速发展可能在某些瞎想案例中使该时期取代 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 应用了现存的基础要道，况兼往往死字在 650V，但 Qromis 衬底上 GaN 时期 (QST) 的出现允许使用更厚的外延层。这项立异使责任电压更高，可能高达 1，200V 或更高。” 这使得 GaN 半导体险些不错用于为系数现存的电动汽车和行将 面世 的系数电动汽车供电。而且，最迫切的是，SiC 器件的制造难度要大得多，这天然反应在其更高的本钱上。
最迫切的是，GaN 的开关速率致使比 SiC还要快 ，更毋庸说 传统硅了 。这意味着更高的成果，以及 更低的分量和空间条件。
出于这些原因以过甚他原因，GaN 将与 SiC 张开竞争，尤其是关于价钱较低、环球商场的电动汽车而言
挑战与机遇
大范围推论电动汽车的最大阻拦是穷乏充电基础要道。汽油零卖商看到了这一趋势，于是选择了合适逻辑的举措，为驾车者 提供充电劳动，以赚取利润（天然！） 。
从大多数策画来看，充电站到电动汽车车轮之间的旅途成果现在也远远朝上 90%。终末一个要紧前沿是锂离子电板本人。好意思国、欧洲和东亚的科学家和工程师正在谈判这些问题，其中最环节的是 开辟 充电需要多永劫刻。
天然电动汽车可能是鼓舞 WGB 发展的领先催化剂，但其他时期鸿沟不仅从中获益，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解决热量。它们可在通盘 电气和电子开辟 范围内找到 - 从小型医疗可一稔开辟到最大的电动汽车。
SiC 和 GaN 半导体之间的两 主要差异是，SiC 不错解决更多功率，而 GaN 切换速率更快且更 低廉。而且至关迫切的是，GaN 更易于制造， 因此对 OEM 来说本钱更低。
GaN器件先前在解决功率和责任电压方面的死字正在迟缓克服，使其概况挑战SiC在 高功率电动 汽车应用鸿沟的主导地位。
https://www.electropages.com/blog/2024/06/silicon-carbide-and-gallium-nitride-power-efficiency
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