令车辆研发工程师梦寐以求的新材料与新技术：碳化硅

时间： 2024-04-29 来源：SMC（桑德斯微电子公众号）

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2024年4月，西门子MoComp版块负责牵引逆变器研发的Bernd Laska博士在采访中谈及碳化硅的应用潜力。他称之为：令所有研发人梦寐以求的新型材料。

在德首次成功应用

德国城市交通公司 (MVG) 用于铁路客运服务的有轨电车Avenio，以及西门子为德国巴符州铁路公司 (SFBW) 打造的电池供电列车Mireo Plus B，是碳化硅材料在德国交通运输行业中的首次亮相。

▲图源: mobility.siemens

Bernd Laska博士表示，碳化硅技术尤其适用于区域性交通运输，它带来的全新驱动技术可应用于大多数铁路路段。

“它大大降低了列车总重，优化了充电性能，从而提升了列车续航能力；同时它也降低了噪音，提供了更舒适的乘坐体验。”

技术突破后的轰动

事实上，碳化硅并不是一种新材料，合成碳化硅的使用由来已久。19世纪90年代，碳化硅便被研发出来并用作研磨材料使用。高纯度碳化硅的优异特性早在上世纪60年代就已为科研人员所知，随着制造工艺的不断改进，最终使这种矿物的纯度足以应用在功率半导体之上。

▲硅(左) 与碳化硅 (右) 逆变器对比 | 图源: mobility.siemens

凭借非凡的电气特性，碳化硅为高能效应用带来了极大的创新可能。

“改善任何一个零部件，都有可能对其它领域产生积极影响。碳化硅在牵引逆变器中的应用为整个牵引系统都带来了突破瓶颈的全新机遇。”

碳化硅的诸多优势

碳化硅在牵引逆变器中具有诸多优势。由于其高击穿场强的特性，因此能制造出更轻薄和更紧凑的功率半导体组件，为车辆减重，并简化冷却，从而进一步降低能耗水平。此外，碳化硅技术还能够降低车辆的气动阻力，以进一步提升牵引系统的效率和性能。

▲碳化硅带来的性能优化 | 图源: mobility.siemens

除了逆变器，碳化硅也应用在了牵引电机和变压器上。

“更节能，更轻便，更安静，这就是碳化硅为车辆带来的变化。”

▲SMC研发量产的碳化硅MOSFET产品

SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。2015年，SMC布局碳化硅产品的设计、研发与制造，并推出了一系列节能可靠、高性价比的大功率碳化硅产品器件，可广泛运用于包括新能源汽车、光伏、储能、电源等各个领域。

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