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碳化硅（SiC)模塊國產化1700V的八種封裝應對新能源800V及更高電壓系統

發(fā)布時間：2025-8-21 15:07 發(fā)布者：Eways-SiC

關鍵詞： 800V高壓平臺 , 車載逆變器 , 高頻開關電源 , 電機驅動 , DC-DC

1700V功率器件關鍵特點

材料優(yōu)勢
- SiC（碳化硅）：主流選擇，耐高壓、高溫（結溫＞200℃），開關頻率高（降低濾波器體積），效率提升5-10%。
耐壓與可靠性
- 阻斷電壓≥1700V，漏電流極小，避免擊穿風險。
- 強抗雪崩能力，適應電動車復雜工況（如急加速/制動）。
動態(tài)性能
- 快速開關（ns級），降低開關損耗（SiC比硅基IGBT減少50%以上）。
- 低反向恢復電荷（Qrr），適合高頻應用（如OBC）。
熱管理
- 高導熱率（SiC為硅的3倍），散熱更優(yōu)，允許更高功率密度。
- 模塊化設計（如半橋模塊）集成散熱基板。
系統級適配
- 兼容800V電池與400V設備（通過DC-DC轉換），支持雙向能量流動。
- 與超充樁（如350kW）匹配，實現5-10分鐘快充

1.電壓裕量設計

800V系統實際工作電壓可能瞬態(tài)超壓（如關斷尖峰、負載突變），需留有余量。1700V器件的耐壓（如SiC MOSFET）可覆蓋2倍以上標稱電壓，確保可靠性。
例如：800V母線電壓的峰值可能達1200V，1700V器件提供安全緩沖。

2.開關損耗與效率優(yōu)化
- 高壓器件（如SiC）在高壓下導通電阻更低，減少導通損耗，尤其適合高頻開關場景（如OBC、DC-DC）。
3.系統簡化需求
- 避免多級電壓轉換，直接支持高壓部件（如電機驅動、快充），1700V器件可簡化拓撲結構。

對比傳統方案

1700V的對比.png

高壓SiC MOSFET的核心優(yōu)勢

超高耐壓與可靠性
- 1700V及以上耐壓等級：輕松應對800V平臺瞬態(tài)電壓尖峰（如電機反電動勢、快充浪涌），避免器件擊穿。
- 強抗雪崩能力：適應電動車急加速、再生制動等動態(tài)工況，壽命遠超硅基IGBT。
極低的導通與開關損耗
- 導通電阻（Rds(on)）隨電壓升高增長緩慢：在800V系統中，SiC MOSFET的導通損耗比硅基IGBT低50%以上。
- 超快開關速度（ns級）：開關損耗減少70%，支持高頻運行（100kHz+），提升功率密度。
高溫穩(wěn)定性
- 結溫可達200℃以上：SiC材料的熱導率（3.7 W/cm·K）是硅的3倍，散熱更高效，允許更高電流輸出。
高頻兼容性
- 近乎零反向恢復電荷（Qrr）：消除二極管反向恢復損耗，適合高頻應用（如OBC、DC-DC）。

對800V+高壓系統的性能提升1. 電驅系統：效率與動力升級

逆變器效率＞98%（硅基IGBT約95%）：減少能量損耗，延長續(xù)航5-10%。
高開關頻率：縮小電機濾波電感體積，減輕重量（如保時捷Taycan電驅系統減重20%）。
峰值功率輸出：支持更高扭矩密度，實現3秒級零百加速。

2. 超快充：縮短充電時間

兼容350kW+超充樁：SiC器件低損耗特性允許持續(xù)高電流輸入，實現5-10分鐘充電（SOC 10%-80%）。
減少充電模塊體積：高頻開關使OBC和DC-DC體積縮小30%（如特斯拉V4超充樁）。

3. 熱管理與輕量化

降低散熱需求：SiC器件的高效散熱可減少冷卻系統復雜度，如取消液冷管路。
系統集成化：結合多合一電驅單元（如比亞迪e平臺3.0），整車減重10%-15%。

4. 續(xù)航與成本平衡

續(xù)航提升：效率優(yōu)化可使整車續(xù)航增加5%-8%（WLTP工況）。
雖器件成本高（SiC模塊約硅基的2-3倍），但系統級成本下降（節(jié)省銅、散熱材料等）。

三、高壓SiC MOSFET的技術挑戰(zhàn)

成本問題
- SiC襯底制備難度大，良率低，但隨產能擴張（如Wolfspeed、科銳），成本逐年下降（預計2025年降本30%）。
驅動設計復雜度
- 需專用柵極驅動芯片（如隔離驅動），避免高壓串擾。
封裝技術
- 需低寄生電感封裝（如銀燒結、銅夾鍵合），以發(fā)揮高頻優(yōu)勢。

四、典型應用案例

特斯拉Model 3/Y：后驅模塊采用SiC MOSFET，逆變器效率提升至99%。
Lucid Air：900V平臺+SiC電驅，實現超低能耗（4.6km/kWh）。
蔚來ET7：SiC模塊使電機功率密度達3.3kW/kg。

五、未來趨勢

電壓平臺升級：保時捷、奧迪等規(guī)劃1000V+系統，需2000V SiC器件。
全SiC方案：從逆變器擴展至OBC、DC-DC、PDU等全車高壓部件。
與GaN融合：中低壓部分（48V）用GaN，高壓用SiC，優(yōu)化成本。

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總結

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]高壓SiC MOSFET通過耐壓能力、高效開關和高溫穩(wěn)定性，成為800V+電動車的“性能倍增器”，推動快充、長續(xù)航與輕量化發(fā)展。隨著技術成熟和規(guī)模化，SiC將成為高壓電動化的標配技術。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]MED （ED3)碳化硅（SiC）功率模塊

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用真空回流焊工藝，Cu底板+低熱值AlN絕緣陶瓷，最高工作結溫175℃；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 功率密度高,適用高溫、高頻應用，超低損耗；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 3. 常關功率模塊，零拖尾電流，寄生電感小于15nH，開關損耗低；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]MD3 系列碳化硅（SiC）功率模塊

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用真空回流焊工藝，AlSiC底板+低熱值AlN絕緣陶瓷，最高工作結溫175℃；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 適用高溫、高頻應用，超低損耗

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]MEK6 系列碳化硅（SiC）功率模塊

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 最高工作結溫175℃；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 高功率密度，低開關損耗；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 3. 適用高溫、高頻應用；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]HPD 系列碳化硅（SiC）功率模塊

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 最高工作結溫175℃；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 第三代模塊寄生電感低于9nH，比現有模塊小50%以上，降低開關損耗；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]DCS12 (DCM)系列碳化硅（SiC）功率模塊

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用單面水冷+模封工藝，最高工作結溫175℃；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 功率密度高，適用高溫、高頻應用，超低損耗；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 3. 集成NTC溫度傳感器，易于系統集成；

ME3（62mm) 系列碳化硅（SiC）功率模塊

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用全焊片工藝，Cu底板+低熱值AlN絕緣陶瓷；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]2. 高功率密度，低寄生電感，低開關損耗；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]3. 適用高溫、高頻應用；

ME2 (34mm)系列碳化硅（SiC）功率模塊

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用全焊片工藝，Cu底板+低熱值AlN絕緣陶瓷；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]2. 高功率密度，低寄生電感，低開關損耗；

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]3. 適用高溫、高頻應用；

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