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基本半導(dǎo)體碳化硅MOSFET在固態(tài)斷路器領(lǐng)域的市場(chǎng)引領(lǐng)與技術(shù)解析

楊茜 ? 來源:jf_33411244 ? 2025-12-11 17:12 ? 次閱讀
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基本半導(dǎo)體碳化硅MOSFET在固態(tài)斷路器領(lǐng)域的市場(chǎng)引領(lǐng)與技術(shù)解析

傾佳電子楊茜致力于推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進(jìn)口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級(jí)!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個(gè)必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢(shì)!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢(shì)!

傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢(shì)!

執(zhí)行摘要

在全球能源結(jié)構(gòu)向電氣化、低碳化轉(zhuǎn)型的宏大背景下,電力電子系統(tǒng)正經(jīng)歷著從交流(AC)為主向直流(DC)為主的深刻變革。在電動(dòng)汽車(EV)、數(shù)據(jù)中心(Data Center)以及電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中,高壓直流(HVDC)架構(gòu)已成為提升能效和功率密度的核心路徑。然而,直流系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用給傳統(tǒng)的電路保護(hù)技術(shù)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。由于直流電缺乏自然過零點(diǎn),且現(xiàn)代低阻抗微電網(wǎng)中的故障電流上升率(di/dt)極高,傳統(tǒng)的機(jī)電式斷路器和熔斷器在響應(yīng)速度、滅弧能力及智能化方面已顯得力不從心。在此背景下,固態(tài)斷路器(Solid-State Circuit Breaker, SSCB)作為一種基于功率半導(dǎo)體的“電子式”保護(hù)裝置,憑借其微秒級(jí)的故障隔離能力和無(wú)弧操作特性,成為保障現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全的關(guān)鍵技術(shù)。

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傾佳電子旨在深入剖析深圳基本半導(dǎo)體股份有限公司(BASiC Semiconductor,以下簡(jiǎn)稱“基本半導(dǎo)體”)為何能在固態(tài)斷路器這一新興且高壁壘的市場(chǎng)中占據(jù)領(lǐng)先份額。通過對(duì)公司戰(zhàn)略布局、碳化硅(SiC)芯片物理特性、L3封裝創(chuàng)新技術(shù)以及在三大核心應(yīng)用場(chǎng)景(數(shù)據(jù)中心、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車)的實(shí)戰(zhàn)表現(xiàn)進(jìn)行詳盡分析,傾佳電子揭示了基本半導(dǎo)體成功的深層邏輯。

基本半導(dǎo)體的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位并非單一因素所致,而是源于其構(gòu)建了從芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造到模塊封裝的垂直整合(IDM)能力,以及由博世Bosch)、廣汽、中車等產(chǎn)業(yè)巨頭構(gòu)成的強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)。技術(shù)層面,其第三代B3M系列碳化硅MOSFET結(jié)合專為SSCB設(shè)計(jì)的L3封裝平臺(tái),通過共源極雙向拓?fù)浜偷瑁⊿i3N4)AMB基板技術(shù),解決了高電流耐受與快速散熱的矛盾。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,其模塊能在1微秒內(nèi)完成故障電流的物理切斷,從根本上重塑了電路保護(hù)的時(shí)間尺度。結(jié)合嚴(yán)苛的AEC-Q101及AQG324可靠性驗(yàn)證數(shù)據(jù),基本半導(dǎo)體不僅提供了高性能產(chǎn)品,更提供了經(jīng)過驗(yàn)證的系統(tǒng)安全承諾。

第一章 電路保護(hù)范式的轉(zhuǎn)移:從機(jī)電到固態(tài)的必然性

要理解基本半導(dǎo)體為何能在固態(tài)斷路器市場(chǎng)取得領(lǐng)先,首先必須深刻理解電路保護(hù)領(lǐng)域正在發(fā)生的范式轉(zhuǎn)移。這不僅僅是器件的更替,而是底層物理邏輯的徹底革新。

1.1 直流時(shí)代的保護(hù)困境

在過去的一個(gè)世紀(jì)里,電力系統(tǒng)主要基于交流電(AC)運(yùn)行。交流電每秒鐘有100次(50Hz)或120次(60Hz)經(jīng)過零點(diǎn)。當(dāng)傳統(tǒng)的空氣斷路器或真空斷路器拉開觸頭時(shí),產(chǎn)生的電弧會(huì)在電流過零點(diǎn)時(shí)自然熄滅。這一物理特性是交流斷路器體積小、成本低的基礎(chǔ)。

然而,隨著數(shù)字化和新能源時(shí)代的到來,直流電(DC)的應(yīng)用呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。從電動(dòng)汽車的800V動(dòng)力電池,到數(shù)據(jù)中心的380V HVDC母線,再到光伏儲(chǔ)能電站的1500V直流匯流,直流系統(tǒng)無(wú)處不在。在直流系統(tǒng)中,電流沒有自然過零點(diǎn)。一旦發(fā)生故障,電流會(huì)持續(xù)流過,拉開機(jī)械觸頭產(chǎn)生的電弧會(huì)持續(xù)燃燒,不僅難以熄滅,甚至?xí)龤в|頭、引發(fā)火災(zāi)或爆炸。

此外,現(xiàn)代直流微電網(wǎng)的線路阻抗極低。在這些系統(tǒng)中,一旦發(fā)生短路,電流的上升率(di/dt)可能達(dá)到數(shù)千安培每微秒。傳統(tǒng)的機(jī)械斷路器受限于物理機(jī)械慣性,其動(dòng)作時(shí)間通常在10毫秒到100毫秒之間。在這個(gè)漫長(zhǎng)的“機(jī)械延遲”期間,故障電流可能已經(jīng)上升到數(shù)萬(wàn)安培,對(duì)系統(tǒng)中的電力電子器件(如IGBT、MOSFET)、匯流排和連接器造成不可逆的熱沖擊和機(jī)械應(yīng)力損傷。

1.2 固態(tài)斷路器(SSCB)的技術(shù)躍遷

固態(tài)斷路器(SSCB)應(yīng)運(yùn)而生。它摒棄了機(jī)械觸頭,利用功率半導(dǎo)體器件(如SiC MOSFET或IGBT)的導(dǎo)通和關(guān)斷特性來控制電流的通斷。

SSCB的核心優(yōu)勢(shì)在于其“微秒級(jí)”的響應(yīng)速度。相比于機(jī)械斷路器的毫秒級(jí)動(dòng)作,SSCB可以在檢測(cè)到故障后的幾微秒內(nèi)切斷電流。這種速度上的數(shù)量級(jí)提升,意味著故障電流可以在其達(dá)到峰值之前就被截?cái)啵–urrent Limiting),從而極大地降低了系統(tǒng)的故障能量(I2t),保護(hù)了下游敏感設(shè)備。

1.3 市場(chǎng)對(duì)高性能SiC器件的呼喚

雖然硅基IGBT也可用于SSCB,但在高壓、高功率密度應(yīng)用中,碳化硅(SiC)MOSFET表現(xiàn)出了壓倒性的優(yōu)勢(shì):

低導(dǎo)通損耗:SiC MOSFET是單極性器件,表現(xiàn)為電阻特性。在部分負(fù)載下,其壓降遠(yuǎn)低于具有固定拐點(diǎn)電壓(VCE(sat))的IGBT,這對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心和儲(chǔ)能系統(tǒng)至關(guān)重要。

高耐壓與低阻抗:碳化硅材料的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)是硅的10倍,允許在更薄的漂移層上實(shí)現(xiàn)高耐壓,從而大幅降低導(dǎo)通電阻(RDS(on))。

無(wú)拖尾電流:SiC MOSFET關(guān)斷時(shí)沒有少子復(fù)合過程,關(guān)斷速度極快,更適合快速故障隔離。

正是在這種對(duì)高性能、高可靠性SiC功率器件的迫切需求下,基本半導(dǎo)體憑借其深厚的技術(shù)積累和前瞻性的產(chǎn)品布局,迅速占據(jù)了市場(chǎng)的制高點(diǎn)。

第二章 基本半導(dǎo)體的市場(chǎng)霸權(quán):生態(tài)構(gòu)建與戰(zhàn)略護(hù)城河

基本半導(dǎo)體之所以能在SSCB市場(chǎng)份額中領(lǐng)先,不僅是因?yàn)槠洚a(chǎn)品性能優(yōu)越,更因?yàn)槠錁?gòu)建了一個(gè)難以復(fù)制的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。作為中國(guó)第三代半導(dǎo)體行業(yè)的“獨(dú)角獸”企業(yè),基本半導(dǎo)體展現(xiàn)出了超越單純芯片設(shè)計(jì)公司的綜合實(shí)力。

2.1 “第一梯隊(duì)”的產(chǎn)業(yè)定位與IDM模式

根據(jù)行業(yè)分析,國(guó)內(nèi)碳化硅芯片企業(yè)數(shù)量已超過50家,競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化。然而,基本半導(dǎo)體在這一紅海中穩(wěn)居“第一梯隊(duì)”。這種地位的確立,很大程度上得益于其IDM(垂直整合制造)模式的戰(zhàn)略選擇。

SSCB應(yīng)用對(duì)功率器件提出了極其特殊的要求:既要能承受巨大的瞬態(tài)脈沖電流(短路瞬間),又要具備極低的熱阻以快速散熱。這要求芯片設(shè)計(jì)與封裝工藝必須深度協(xié)同。

芯片設(shè)計(jì):基本半導(dǎo)體在深圳坪山和北京亦莊設(shè)有研發(fā)中心,專注于碳化硅芯片工藝和器件物理的研發(fā)。

晶圓制造:公司在深圳光明擁有6英寸碳化硅晶圓制造基地,并獲得了國(guó)家工信部工業(yè)強(qiáng)基專項(xiàng)的支持。自主制造能力確保了在供應(yīng)緊張時(shí)的產(chǎn)能保障,同時(shí)也加快了新產(chǎn)品(如針對(duì)SSCB優(yōu)化的芯片)的迭代速度。

模塊封裝:在無(wú)錫和深圳設(shè)有車規(guī)級(jí)碳化硅模塊封測(cè)基地。這意味著基本半導(dǎo)體可以針對(duì)SSCB的特殊散熱和絕緣需求,開發(fā)定制化的封裝解決方案(如L3封裝),而不是被迫使用通用的光伏或電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

2.2 頂級(jí)的股東背景與戰(zhàn)略聯(lián)盟

在半導(dǎo)體行業(yè),技術(shù)是入場(chǎng)券,而生態(tài)是護(hù)城河?;景雽?dǎo)體的股東名單堪稱豪華,直接打通了從上游材料到下游應(yīng)用的整條產(chǎn)業(yè)鏈。

這些合作伙伴不僅是資金提供方,更是產(chǎn)品的首批驗(yàn)證者和使用者。

2.3 創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)的技術(shù)基因

企業(yè)的技術(shù)高度往往由創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)決定?;景雽?dǎo)體的掌舵人汪之涵博士和總經(jīng)理和巍巍博士均擁有清華大學(xué)本科及劍橋大學(xué)博士的學(xué)術(shù)背景。這種“清華+劍橋+國(guó)際巨頭”的復(fù)合基因,使得基本半導(dǎo)體在產(chǎn)品定義上既具有國(guó)際視野,又具備本土化的快速響應(yīng)能力。在SSCB這一新興領(lǐng)域,這種技術(shù)敏銳度使得公司能夠先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手推出專用的L3封裝模塊。

第三章 快速故障隔離的物理機(jī)制:微秒級(jí)響應(yīng)的奧秘

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用戶關(guān)注的核心問題之一是:采用基本半導(dǎo)體產(chǎn)品的固態(tài)斷路器為何能實(shí)現(xiàn)快速故障隔離?這并非營(yíng)銷術(shù)語(yǔ),而是基于量子力學(xué)和固體物理的硬核技術(shù)指標(biāo)。

3.1 碳化硅材料的本征物理優(yōu)勢(shì)

速度的源頭在于材料。基本半導(dǎo)體采用的4H-SiC材料在物理屬性上對(duì)硅(Si)形成了降維打擊:

電子飽和漂移速率(Saturation Drift Velocity):碳化硅的電子飽和漂移速率是硅的2倍。這意味著在強(qiáng)電場(chǎng)下,電子在碳化硅晶格中的運(yùn)動(dòng)速度更快。在斷路器關(guān)斷的瞬間,這直接轉(zhuǎn)化為更快的載流子抽取速度,從而縮短關(guān)斷時(shí)間。

臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng):碳化硅的擊穿場(chǎng)強(qiáng)是硅的10倍。這允許器件的漂移層做得極薄。漂移層越薄,電子穿越所需的時(shí)間就越短,進(jìn)一步提升了開關(guān)速度。

3.2 第三代B3M MOSFET的芯片級(jí)優(yōu)化

基本半導(dǎo)體并未止步于材料優(yōu)勢(shì),而是開發(fā)了第三代(B3M)碳化硅MOSFET技術(shù)。針對(duì)SSCB應(yīng)用,B3M系列進(jìn)行了特殊的優(yōu)化:

極低的柵極電荷(Qg):開關(guān)速度取決于驅(qū)動(dòng)電路向柵極注入或抽取電荷的快慢。B3M系列優(yōu)化了品質(zhì)因數(shù)(FOM =RDS(on)×Qg)。較低的Qg意味著在同樣的驅(qū)動(dòng)電流下,MOSFET的柵極電壓可以更快地跨越米勒平臺(tái),實(shí)現(xiàn)極速關(guān)斷。

閾值電壓(VGS(th)):在SSCB切斷數(shù)千安培電流的瞬間,線路電感會(huì)產(chǎn)生巨大的電壓跳變(dv/dt),這容易通過米勒電容耦合到柵極,導(dǎo)致器件誤導(dǎo)通(Shoot-through)。B3M系列將閾值電壓設(shè)計(jì)在3.0V-5.0V之間,提供了足夠的噪聲容限,確保在故障隔離過程中“關(guān)得死、不誤開”。

3.3 納秒級(jí)的時(shí)間軸:故障隔離過程解析

通過分析基本半導(dǎo)體L3封裝模塊(型號(hào):BMCS002MR12L3CG5)的雙脈沖測(cè)試數(shù)據(jù),我們可以精確還原一次故障隔離的微觀物理過程。

測(cè)試條件:Vdd=850V,ID=1200A(模擬嚴(yán)重過載/短路),Tvj=150°C(模擬高溫工況)。

故障發(fā)生(T=0):系統(tǒng)檢測(cè)到電流激增,控制邏輯發(fā)出關(guān)斷信號(hào)。

關(guān)斷延遲(td(off)):約598納秒。這是驅(qū)動(dòng)電壓開始下降到漏極電流開始下降的時(shí)間。由于SiC MOSFET沒有IGBT那樣的少子存儲(chǔ)效應(yīng),這個(gè)延遲極短。

電流下降(tf):約405納秒。這是電流從90%下降到10%的時(shí)間。SiC的多子導(dǎo)電機(jī)制使得電流可以像懸崖一樣垂直跌落。

完全阻斷:總計(jì)耗時(shí)約1微秒(598ns+405ns≈1000ns)。

結(jié)論:采用基本半導(dǎo)體SiC MOSFET的固態(tài)斷路器,從接到指令到完全切斷1200A的故障電流,物理過程僅需1微秒。相比之下,最快的機(jī)械斷路器也需要數(shù)毫秒。這1000倍的速度差異,就是“快速故障隔離”的物理實(shí)質(zhì)。

第四章 封裝即賦能:L3平臺(tái)如何解決SSCB的痛點(diǎn)

擁有好的芯片并不等于擁有好的斷路器。在SSCB應(yīng)用中,器件需要承受巨大的電流沖擊和熱沖擊。基本半導(dǎo)體之所以份額領(lǐng)先,關(guān)鍵在于其推出了專為SSCB定制的L3封裝平臺(tái)。

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4.1 共源極雙向開關(guān)拓?fù)洌–ommon-Source Bidirectional Switch)

傳統(tǒng)的功率模塊通常是半橋(Half-Bridge)結(jié)構(gòu),適合逆變器但不適合斷路器。斷路器通常需要阻斷雙向電壓(例如電池的充放電),因此需要兩個(gè)MOSFET背靠背串聯(lián)。 如果使用分離的器件搭建,線路寄生電感會(huì)很大?;景雽?dǎo)體的L3模塊(如BMCS系列)在模塊內(nèi)部集成了兩個(gè)背靠背的MOSFET,并采用了**共源極(Common Source)**連接方式。

優(yōu)勢(shì)一:驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)化。共源極設(shè)計(jì)意味著兩個(gè)MOSFET共用一個(gè)源極電位。用戶只需要一套浮地驅(qū)動(dòng)電源就可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)開關(guān),極大地簡(jiǎn)化了SSCB的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),降低了系統(tǒng)成本。

優(yōu)勢(shì)二:極低電感。內(nèi)部集成消除了外部母排連接,顯著降低了回路電感。在快速關(guān)斷大電流時(shí),電壓過沖Vpeak=L×(di/dt)。低電感L使得斷路器可以以更快的速度(更高的di/dt)關(guān)斷電流,而不會(huì)導(dǎo)致電壓過沖擊穿器件。

4.2 氮化硅(Si3N4)AMB基板的引入

SSCB在切斷短路電流的瞬間,芯片結(jié)溫會(huì)急劇上升。如果熱量不能迅速傳導(dǎo)出去,或者封裝材料無(wú)法承受這種熱沖擊,器件就會(huì)失效。 基本半導(dǎo)體L3模塊并未采用普通的氧化鋁(DBC)基板,而是采用了氮化硅(Si3N4)活性金屬釬焊(AMB)基板。

高熱導(dǎo)率與熱容:AMB工藝允許覆銅層更厚,增加了芯片下方的熱容,能夠像海綿一樣瞬間吸收短路產(chǎn)生的“絕熱”熱量。

極高的機(jī)械強(qiáng)度:氮化硅的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性遠(yuǎn)高于氧化鋁。在反復(fù)的短路沖擊和熱循環(huán)中,氮化硅基板不易發(fā)生裂紋或分層,從而保證了SSCB在全生命周期內(nèi)的可靠性。

4.3 Press-Fit 壓接技術(shù)

為了進(jìn)一步提高可靠性,L3模塊采用了Press-Fit壓接針腳。相比于傳統(tǒng)的焊接工藝,壓接技術(shù)消除了焊料疲勞老化的風(fēng)險(xiǎn),特別適合震動(dòng)劇烈的電動(dòng)汽車應(yīng)用環(huán)境。

第五章 典型應(yīng)用場(chǎng)景分析:數(shù)據(jù)中心

隨著人工智能AI)和云計(jì)算的爆發(fā),數(shù)據(jù)中心的能耗密度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。為了提高能效,數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)正從傳統(tǒng)的交流UPS向380V HVDC或48V DC架構(gòu)演進(jìn)。

5.1 痛點(diǎn):電弧與選擇性保護(hù)

在直流數(shù)據(jù)中心中,如果發(fā)生電源短路,電弧是最大的威脅。380V的直流電弧可以持續(xù)燃燒,瞬間氣化銅排,引發(fā)火災(zāi)。此外,由于直流系統(tǒng)阻抗極低,故障電流傳播極快,上級(jí)斷路器往往在下級(jí)斷路器動(dòng)作前就跳閘,導(dǎo)致整個(gè)機(jī)房斷電(級(jí)差配合失效)。

5.2 基本半導(dǎo)體方案的價(jià)值

采用基本半導(dǎo)體SiC MOSFET的SSCB在數(shù)據(jù)中心表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì):

無(wú)弧切斷:由于是半導(dǎo)體開關(guān),切斷過程完全在芯片內(nèi)部完成,沒有物理觸頭分離,從根本上杜絕了電弧火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),允許更高密度的機(jī)架部署。

超快級(jí)差配合:利用其1微秒的關(guān)斷速度,基于基本半導(dǎo)體器件的末端斷路器可以在故障發(fā)生的瞬間(電流剛開始上升時(shí))就完成切斷。上級(jí)母線電壓甚至來不及跌落,從而確保了并聯(lián)的其他服務(wù)器不受影響,實(shí)現(xiàn)了完美的“選擇性保護(hù)”。

高效率:24/7運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心對(duì)能效極其敏感。BMCS002MR12L3CG5模塊的導(dǎo)通電阻僅為1.8毫歐。在100A的負(fù)載下,損耗僅為18W,相比于IGBT方案或機(jī)械接觸器的接觸電阻損耗,節(jié)能效果顯著。

第六章 典型應(yīng)用場(chǎng)景分析:儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)

在“雙碳”目標(biāo)下,儲(chǔ)能電站正向更大容量、更高電壓(1500V)發(fā)展。

6.1 痛點(diǎn):高壓雙向流與短路容量

儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅需要充電(電流流入),還需要放電(電流流出),因此保護(hù)裝置必須是雙向的。同時(shí),1500V直流系統(tǒng)對(duì)器件的耐壓提出了嚴(yán)苛要求。更嚴(yán)重的是,大型鋰電池簇的短路電流極高(可能超過20kA),機(jī)械斷路器很難在如此高的電壓下安全分?jǐn)嗳绱舜蟮闹绷麟娏鳌?/p>

6.2 基本半導(dǎo)體方案的價(jià)值

雙向耐壓與導(dǎo)通:基本半導(dǎo)體的BMCS系列模塊天然具備雙向?qū)ê碗p向阻斷能力,完美契合ESS的充放電需求。單模塊替代了兩只背靠背的接觸器,節(jié)省了寶貴的柜體空間。

高壓能力:基本半導(dǎo)體不僅提供1200V產(chǎn)品,還儲(chǔ)備了1700V甚至2000V/2200V的SiC MOSFET技術(shù),能夠直接應(yīng)對(duì)1500V儲(chǔ)能系統(tǒng)的耐壓需求,減少了器件串聯(lián)的數(shù)量。

無(wú)限次保護(hù):儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)常需要進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)頻,動(dòng)作頻繁。機(jī)械斷路器有機(jī)械壽命限制(通常幾千次),且每次切斷大電流都會(huì)損耗觸頭。固態(tài)斷路器沒有機(jī)械磨損,可以無(wú)限次動(dòng)作,極大地降低了儲(chǔ)能電站的運(yùn)維成本(OPEX)。

第七章 典型應(yīng)用場(chǎng)景分析:電動(dòng)汽車BDU

電池?cái)嚅_單元(BDU)是電動(dòng)汽車高壓安全的核心。隨著800V高壓快充平臺(tái)的普及,BDU正在經(jīng)歷一場(chǎng)革命。

7.1 痛點(diǎn):傳統(tǒng)方案的局限

目前的電動(dòng)汽車主要使用**熱熔斷器(Pyro-fuse)**配合繼電器。

不可復(fù)位:熔斷器一旦觸發(fā)(如誤判的電流尖峰),車輛即“趴窩”,必須拖車維修更換,用戶體驗(yàn)極差。

動(dòng)作慢:繼電器切斷800V高壓直流的能力有限,且動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng),難以應(yīng)對(duì)快速發(fā)生的短路。

預(yù)充電路復(fù)雜:為了防止上電瞬間的大電流沖擊電容,必須設(shè)置專門的預(yù)充繼電器和電阻。

7.2 基本半導(dǎo)體方案的價(jià)值

在博世、廣汽等戰(zhàn)略伙伴的推動(dòng)下,基本半導(dǎo)體的SiC模塊正在重塑BDU:

可復(fù)位的“電子熔絲”:利用SiC SSCB,BDU可以實(shí)現(xiàn)智能保護(hù)。如果檢測(cè)到電流異常,SSCB先斷開。隨后,系統(tǒng)可以進(jìn)行微秒級(jí)的“軟試探”,如果故障消失(如瞬態(tài)干擾),SSCB可以重新閉合,車輛恢復(fù)行駛。這徹底解決了熔斷器不可復(fù)位的痛點(diǎn)。

取消預(yù)充回路:SiC MOSFET可以在線性區(qū)或通過PWM方式工作。在上電瞬間,通過控制柵極電壓,限制導(dǎo)通電流,使SSCB兼具預(yù)充功能。這省去了一路繼電器和電阻,減輕了重量,縮小了BDU體積。

車規(guī)級(jí)可靠性:基本半導(dǎo)體的模塊已通過嚴(yán)格的車規(guī)認(rèn)證,并在多款800V車型(如廣汽埃安Hyper系列)上量產(chǎn)應(yīng)用,證明了其能夠承受車輛振動(dòng)、沖擊和寬溫域(-40°C ~ 175°C)的考驗(yàn)。

第八章 可靠性與驗(yàn)證:信任的基石

固態(tài)斷路器是安全件,其可靠性重于泰山?;景雽?dǎo)體之所以能贏得市場(chǎng)信任,離不開其詳盡的可靠性測(cè)試數(shù)據(jù)。根據(jù)其發(fā)布的可靠性測(cè)試報(bào)告(編號(hào):RC20251120-1),B3M系列器件通過了極為嚴(yán)苛的測(cè)試。

表 8.1 B3M013C120Z 關(guān)鍵可靠性測(cè)試項(xiàng)目及結(jié)果分析

HTRB (高溫反偏) Tj=175°C,VDS=1200V, 1000小時(shí) 驗(yàn)證器件在長(zhǎng)期處于斷開(阻斷高壓)狀態(tài)下,邊緣終端結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定,漏電流是否漂移。這是SSCB長(zhǎng)期“待機(jī)”時(shí)的核心考核指標(biāo)。 通過 (0失效)
H3TRB (高溫高濕反偏) 85°C, 85% RH,VDS=960V, 1000小時(shí) “黃金標(biāo)準(zhǔn)”測(cè)試。模擬電動(dòng)汽車或戶外儲(chǔ)能的惡劣環(huán)境。高壓+高濕極易導(dǎo)致封裝材料老化和金屬離子遷移。通過此測(cè)試證明了L3封裝的密封性和材料穩(wěn)定性。 通過 (0失效)
HTGB (高溫柵偏) Tj=175°C,VGS=+22V/?10V, 1000小時(shí) 考核SiC/SiO2界面的質(zhì)量。如果柵氧質(zhì)量差,閾值電壓會(huì)漂移,導(dǎo)致器件無(wú)法完全關(guān)斷或內(nèi)阻變大。 通過 (0失效)
IOL (間歇工作壽命) ΔTj≥100°C, 15000次循環(huán) 模擬斷路器反復(fù)通斷引起的熱脹冷縮??己随I合線和焊接層的抗疲勞能力。通過此測(cè)試意味著器件能承受全生命周期的負(fù)載波動(dòng)。 通過 (0失效)
AC (高壓蒸煮) 121°C, 100% RH, 96小時(shí) 極限濕度壓力測(cè)試,驗(yàn)證塑封料是否會(huì)分層或爆裂。 通過 (0失效)
測(cè)試項(xiàng)目 測(cè)試條件 物理意義 結(jié)果

這些數(shù)據(jù)不僅僅是數(shù)字,它們構(gòu)成了基本半導(dǎo)體SiC產(chǎn)品在安全關(guān)鍵領(lǐng)域(Safety-Critical)大規(guī)模商用的通行證。

結(jié)論

深圳市傾佳電子有限公司(簡(jiǎn)稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動(dòng)者:
傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務(wù)聚焦三大方向:
新能源:覆蓋光伏、儲(chǔ)能、充電基礎(chǔ)設(shè)施;
交通電動(dòng)化:服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機(jī))及高壓平臺(tái)升級(jí);
數(shù)字化轉(zhuǎn)型:支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應(yīng)用。
公司以“推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC替代進(jìn)口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應(yīng)國(guó)家“雙碳”政策(碳達(dá)峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。
需求SiC碳化硅MOSFET單管及功率模塊,配套驅(qū)動(dòng)板及驅(qū)動(dòng)IC,請(qǐng)?zhí)砑觾A佳電子楊茜微芯(壹叁貳 陸陸陸陸 叁叁壹叁)

綜上所述,基本半導(dǎo)體碳化硅MOSFET在固態(tài)斷路器領(lǐng)域的市場(chǎng)領(lǐng)先地位,是技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品定義與產(chǎn)業(yè)生態(tài)三維共振的結(jié)果。

技術(shù)維度:依托第三代B3M SiC MOSFET的優(yōu)異物理特性(低阻、高耐壓、無(wú)拖尾),實(shí)現(xiàn)了機(jī)械斷路器無(wú)法企及的能效。

產(chǎn)品維度:通過專為SSCB定制的L3封裝平臺(tái),融合了共源極拓?fù)?、氮化硅AMB基板和低電感設(shè)計(jì),完美解決了快速故障隔離(1微秒)與高電流耐受之間的矛盾,實(shí)現(xiàn)了“快速”與“強(qiáng)壯”的統(tǒng)一。

應(yīng)用維度:深度切入數(shù)據(jù)中心、儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車三大增量市場(chǎng),利用博世、廣汽等戰(zhàn)略伙伴的生態(tài)資源,實(shí)現(xiàn)了從芯片到整車/整站的快速驗(yàn)證與量產(chǎn)。

在電力電子向全面固態(tài)化演進(jìn)的浪潮中,基本半導(dǎo)體不僅是元器件的提供者,更是新型電路保護(hù)架構(gòu)的定義者。隨著800V平臺(tái)和直流微電網(wǎng)的進(jìn)一步普及,其領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)有望繼續(xù)擴(kuò)大。

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