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Navigate：什么是功率半导体？功率半导体的碳化硅时代已来
什么是功率半导体？
“半导体”，顾名思义是指同时具有容易导电的“导体”和不导电的“绝缘体”两方面特性的物质。
能够将交流电转为直流电——“整流”、增大电信号——“增幅”、导通或者阻断电——“开关”等。
功率半导体是能够支持高电压、大电流的半导体。具有不同于一般半导体的结构，在使用高电压、大电流时也不会损坏。另外，由于使用大功率容易发热产生高温，因而成为故障发生的原因。
功率半导体主要用于改变电压和频率；或将直流转换为交流，交流转换为直流等的电力转换。可精准的将发动机从低速到高速的循环运转；或用太阳能电池发电的电力毫不浪费的转送给电站；或给各家电，电器等提供安定的电源。在这些情况下功率半导体作为不可缺少的主要角色而发挥着极大的作用。
近年来，随着人们节能化、省电化意识的不断提高，功率半导体因其能够极力减少电能浪费而需求量不断提高。
功率半导体发展状况
从整个半导体来说，功率半导体是相对小众的板块，它的发展历程从上世纪一直到现在，经过发展之后，性能和成本都在不断进步，在我们现在这个时代给我们带来了更多的可能性。
碳化硅半导体材料性能优势
碳化硅是一种第三代半导体，也是一种宽禁带半导体。它在热导率、禁带宽度等方面相对于传统的硅基半导体都有了大幅度提升。这些对电动汽车或者智能汽车有什么意义呢？带来的意义就是，我们可以采用单极型功率半导体器件取代原来的双极型器件，并可以在极限更高的条件下工作。这样就可以使功率密度得到大幅度提升，从而带来了很多新的可能性。在电动汽车里有一些原来没法进行电动化、电气化的方向，在现在可以把它进行电气化，甚至电气化程度可以做得非常彻底。
碳化硅目前的主要应用
工业电源、通信电源是碳化硅目前渗透得比较充分和显著的方向。在光伏发电领域，从去年前年开始是非常流行的趋势，这是以新能源或者灵活的能源应用有关的方面。另外一个在2022年半导体板块保持强劲增长的部分，就是新能源汽车以及智能电动汽车方面。
典型应用：新能源汽车/智能电动汽车
将碳化硅做成功率变换器之后有什么好处？好处之一就是功率密度可以大幅提升，2015、2016年到现在，功率密度提升了不止一倍，现在体积可以减少到30%到40%的程度，重量也随之减轻。这意味着可以在同样的体积里封装更多的功率，这样就可以实现更多的新的可能性，也给未来提供了很多想象的空间。
现在电动汽车有里程焦虑（续航）等等问题，碳化硅的低负载效率更高，就相当于在同样负载下，可能用碳化硅器件实现了5%的效率提升，也即电池可以缩减5%，这对整个产业健康的滚动是有一定的促进作用。
目前在充电机方面，车载充电机现在看的比较多，它的意义是什么呢？比如快充，发布了800V的快充等等，这是对于碳化硅高功率密度的典型应用。
智能汽车在感知方面有一系列的要求，并且物理实现上也有要求，对短时间内有高的能量转化需求方面，碳化硅也可以提供支持，这方面主要是在中间DC/DC变换器的部分。
现在最热的就是最终的驱动方向，它的低负载端效率比较高。现在这方面是比较新兴的市场，它的功率需求一般是100kW到300kW以上，这也就对现在的功率器件提出了很高的要求。之前有新闻说，特斯拉说以后的碳化硅用料要减少75%，大家可能认为碳化硅这个产业是不是不太行了？实际上这是技术进步的红利。
“在国内，比亚迪高端车型已经大量采用了碳化硅作为功率半导体的基础，我们看到越来越多的友商在不断地拥抱碳化硅成体系基础性的功率管理变革。”
在整机方面，最开始是在750V的平台上，如果用传统硅基半导体会有一个问题——它的开关频率比较有限。在使用碳化硅之后，它的效率提高了很多，同时在更高的电压场景下，碳化硅与硅IGBT相比，就慢慢体现出了它的独有优势，就是可以用单极型器件替代双极型器件。它的开关频率有着数量级的提升，这样在大幅度提高能量密度的情况下，还可以兼顾损耗，这样就对于很多上层建筑提供了扎实的基础。后续则会有更多的车企慢慢过渡到800V平台上。
在碳化硅的应用方面，目前比较典型的应用是特斯拉比较领先的项目，国内的车企都在拥抱碳化硅这样一个基础性的生态。
从新能源汽车角度来讲，现在新能源汽车的销量渗透率还不是太高，现在主要是在DC/DC方面用得比较多，大家慢慢在尝试这个新技术，也在感受这个新技术带来的变革。预计之后的渗透率会越来越高，比如ST等厂商都在大幅度拓展，从底层技术变革的角度来讲，碳化硅也有了更多更实际的预测和期待。
全球碳化硅市场规模
从市场规模角度来讲，碳化硅有着超过60亿美元的市场，其中汽车大概占了80%的量，这从大的生态来讲还是很客观的数字。
另外，在交通电气化的大场景下，也不仅仅有汽车这一部分，对于轨道交通方面，碳化硅也仍然能做出更多的贡献。
智能电网目前也开始慢慢接触碳化硅，这跟智能汽车也有一部分关系。有些专家已经开始研究V2G，在能量的领域，基本上在往后的发展中，都会或多或少地更好地利用高能量密度、高功率密度的优势，也即在底层技术变革上，在新的更高平台上，做出更多有意思的东西。
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