国产派恩杰SiC器件性能已媲美国外大厂，电车800V趋势下或迎来爆发

时间： 2021-09-19 来源：EET电子工程专辑-刘于苇

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派恩杰半导体（PN Junction）”是专注于第三代半导体功率器件设计和方案的公司，成立于2018年9月，主要产品是碳化硅MOSFET，碳化硅SBD等器件。

电动汽车迈向800V平台，SiC优势更明显

谈到碳化硅MOSFET应用的趋势，派恩杰半导体创始人&总裁黄兴博士认为目前最大的市场还是电动汽车。包括特斯拉Model 3在内的电动汽车，当前都还是使用400V电压平台，但未来趋势是800V，其好处是能让整车重量更轻、体积更小、效率更高。在800V的汽车平台中，不管是电池充放电还是电机驱动系统中，都会用到下图这样的电机电子设备。

以充电速度来说，800伏电压平台能将充电速度从目前特斯拉400V系统的1分钟充9公里，提升到1分钟充27公里，充电10几分钟就能跑300公里；从线材成本上说，因为电压提升让线材中的电流更小，能够将铜线的截面积从400V 250A系统的95平方毫米，比重8.5kg/m，降低到截面积35平方毫米，比重3.1kg/m，降低铜线成本和重量的同时，在布局布线时拐弯也会更灵活；从功率器件成本上说，800V电压平台一般使用1200V的功率器件，每千瓦数成本比400V/600V/700V功率器件要更便宜。

随着中国碳中和目标的提出，国务院指导纲要里面明确提出两个要求，一是质，一是量。质的要求，就是到2025年纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。从下图可以看到，就算是特斯拉model 3目前百公里电耗也在15度电左右，要在2025年实现上述电耗目标，碳化硅技术是绕不过去的。

再看量的要求，从市场容量看，中国2020年汽车销量2500万辆，2025年电动汽车占比要达到20%，所以电动汽车至少是年产500万辆，需求碳化硅6英寸晶圆产能预计年100万片，仅车用碳化硅器件市场约500亿元。

碳化硅器件和IGBT比，如何？

除了前段时间特斯拉率先把碳化硅器件做进量产的Model 3之外，目前绝大部分电动汽车还是采用IGBT方案。黄兴用1200V IGBT和1200V 碳化硅进行了对比，结论是在10 kHz 工作频率下，碳化硅能降低38%的损耗；在30 kHz工作频率，碳化硅能降低约60%的损耗，并且大幅减小散热器体积和重量，综合下来能令电池续航里程提高5~10%。“在碳化硅更高的开关频率下，未来允许电动汽车使用功率密度更高的高速电机，更小的EMI filter，还能让电机静音（>20kHz）。以特斯拉为例，其18000转的发动机在高速运行下，可通过提高频率，使用更小的电机来达到更高的功率密度。”

从成本上讲，同样功率等级的碳化硅器件成本约为IGBT模块的2.5至3倍。例如1200V 400A IGBT半桥模块量产价格300元，同样功率的SiC模块量产要900元。算下来3相全桥逆变器中模块成本相差（900-300)*3=1800元人民币，那么为什么还要上碳化硅？

因为在同样续航里程下，碳化硅能够大大减少电池成本。以目前电池USD $150/kWh的造价来看，一辆75kWh的电动汽车，由于碳化硅能提高5-10%的效率，同样的设计里程，可节约电池成本3650~7300 元人民币（人民币:美金按6.5:1计算）。“所以总体来说，以目前的电池价格成本计算，车企用碳化硅已经更划算了。”黄兴补充道，“碳化硅每年还有大概20%的价格降幅，而IGBT目前来说已经是地板价了，不会再降了。”

再从整体产能投资预期看，到2025年预计中国电动汽车年需求500万辆，且要求百公里电耗<15kW·h。抛开效率要求不谈，单单是要满足每年500万辆汽车的需求，使用IGBT，需求8英寸晶圆产能100万片每年，产线造价70亿元，投入产出比74%；而使用SiC，需求6英寸晶圆产能80万片每年，产线造价16亿元，投入产出比975%。而SiC量产工艺还有进步空间，预计2025年成本降低一半，IGBT技术则已经成熟，由技术提升带来的成本下降空间有限。

黄兴还表示，用碳化硅的好处在于可以使用高速电机，让电机功率密度更高的同时减轻电机本身的重量。上图是10000转电机和23000转电机的对比，10000转的电机重量16.4千克，23000转电机只有5.6千克，电机重量仅为前者1/3。

国产创业公司中，唯一通过车企资质认证的

目前国内无论是像小鹏、蔚来、理想这样的造车新势力，还是比亚迪、上汽、北汽都在往电动车方向发力。碳化硅应用走在比较前面的有比亚迪和吉利，他们的OBC上已经大量使用碳化硅器件。因为OBC主要用在车载充电机，相对要求没有主驱逆变器这么高，所以车厂普遍希望先在OBC上进行验证，技术问题解决之后再导入主驱逆变器。

据黄兴透露，目前已经有多家国产碳化硅芯片在往比亚迪、小鹏等车企送样，派恩杰也在很多国内车厂中进行测试导入的阶段。“目前国产芯片厂商能做出碳化硅MOS的不多，所以国产汽车厂在碳化硅方面还是使用CREE、罗姆、ST产品为主。派恩杰目前是唯一一家以创业公司身份，通过国内车企OBC碳化硅测试的，另一家是一家央企。”

因派恩杰从晶圆到封装的整条供应链完全符合车规要求，据悉派恩杰已经拿到了一些车厂的供应商资质，且设计能力和产品性能可以达到跟CREE、ST做pin to pin替换的程度。“而目前在其他国产友商中，目前能送样通过测试的还是相对较少。”黄兴说道。

派恩杰的产品线和技术优势

下图是派恩杰目前已有的产品，碳化硅产品主要是针对工业，包括数据中心、光伏逆变、储能和汽车，也有主要是针对消费级的氮化镓产品。其中标红的芯片主要是面向汽车主驱逆变器的应用

具体到碳化硅MOSFET产品，黄兴从技术平台、Rdson、Qgd、HDFM等几方面与同类产品做了对比。其中HDFM指标就是Rdson与Qgd综合指标，也是衡量所有MOSFET等功率半导体优劣的重要参数指标。在理想情况下，同样的应用场景，如果派恩杰的SiC MOSFET 功耗为10W ，某国产品牌的功耗为24W，而跟欧美日本大厂横向对比也是不输的。

“一般来说，芯片面积越大Rdson越小，但芯片面积越大，电容也越大，导致开关损耗越大。”黄兴具体解释了这个参数对比的依据，“Rdson决定功率器件的导通损耗，Qgd决定开关损耗。两者相乘的数字越小，就说明综合损耗越小。派恩杰在所有对比的MOSFET里Rdson乘以Qgd是最小的。也就说在同样保证损耗的情况下，开关损耗最小。”

此外派恩杰的器件也遵循车规AEC-Q101的测试规范，并已实现大量出货。目前可以做到门级TDDB失效寿命1000年以下，失效率低于10PPM。

小结

据悉，派恩杰还是JEDEC国际标准委员会JC-70会议的主要成员之一，参与制定宽禁带半导体功率器件国际标准。三年间已发布50余款650V/1200V/1700V SiC SBD、650V , 1200V , 1700V , 750V SiC MOS、650V GaN HEMT功率器件，并且在海内外被部分一线客户导入使用。黄兴强调，派恩杰SiC MOSFET产品最大的特点是HDFM指标全球领先，而且产品目录应该是国产类似器件里最全面的。

派恩杰半导体的1700V SiC MOSFET，用于工业高压辅助电源、光伏辅助电源等，可直接替换硅MOSFET方案

派恩杰半导体的1200V SiC 模块，用于大功率工业逆变器、机车牵引、BMS等

供应链方面，派恩杰的SiC晶圆由X-FAB生产制作，这是全球第一家提供150mm SiC工艺的晶圆代工厂，同时也是当前全球具备规模化量产能力的SiC晶圆代工厂TOP3，有30年的车规半导体生产历史，产线完全符合车规标准。产能据称可以达到每年100KK。黄兴表示，根据第三方机构&全球一线客户实机测试验证，派恩杰产品性能已达国际一流水平，有机会与国际企业一争高下，未来将争取成为在海外市场最大份额的中国碳化硅和氮化镓品牌。

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中电国基南方（CETC）SiC电力电子器件选型指南

描述- 中电国基南方是国内最早从事SiC电力电子器件研发和生产的企业。在SiC为代表的第三代功率半导体领域承担了国家科技重大专项、“863”、“973”、国家重点研发计划等超过80项国家级课题；申请发明专利超过200多项，其中PCT10项，已授权67项。产品系列电压覆盖650V-6500V，电流覆盖2A-150A，产品性能和可靠性满足多种应用需求，已广泛应用于新能源汽车及充电设备、轨道交通、新能源发电、电网传输、家用电子设备等领域。

型号- WS4A020120A,WS4A050065D,WMH075M120A1A,WS4A050065B,WS4A020120B-V,WS4A020120B,WS4A020120D,WS4A040120K,WMIT075M120B1A,WS4A040120D,WM2HA020065Y,WS4A040120B,WMT075M120B1A,WMH020M065A1A,WS4A030065D,WS4A020120J,WS4A040120B-V,WS4A020120K,WS4A030065J,WS4A025170B,WS4A025170D,WS4A030065B,WM2A030065L,WM2A030065K,WS4A030065K,WS4A050170B-V,WMD075M120B1A,WM2HV020170L,WS4A006065F,WM2HV020170K,WS4A006065E,WS4A004065A0,WS4A006065B,WS4A006065A,WS4A010065E,WS4A015065J,WS4A010065F,WS4A010065A,WS4A015065F,WS4A010065B,WM2A080170N,WM2A080170L,WM2A080170K,WM2HV140120N,WM2HV140120L,WM2HV040065L,WM2HV040065K,WM2HA040120N,WM2HA040120L,WM2HA040120K,WM2A060065N,WM2A060065K,WM2HV040065N,WM2A060065L,WS4A050170B,WM2A060065Y,WM2HA030120N,WM2HA030120K,WS4A050170D,WM2HA030120L,WM2HA020120K,WM2HV140120K,WS4A005120E,WM2HA020120L,WM2A040120L,WM2HV020120N,WM2HA020120N,WM2HV020120K,WM2HV020120L,WM2A040120K,WS4A010065J,WS4A015120J,WS4A015120D,WM2V080170K,WS4A050065B-V,WS4A005120A,WS4A005120B,WMH016M120A1A,WM2V080170L,WM2HA040065N,WM2V080170N,WM2HA040065L,WM2HA040065K,WS4A020065A,WS4A020065D,WS4A020065B,WM2HV030120K,WS4A020065B-V,WM2HA040065Y,WS4A020065F,WS4A015120A,WM2V040120L,WM2V040120K,WS4A015120B,WMH060M120A1A,WM2HA011075K,WM2HA011075L,WM2HA04006Y,WM2HV030120N,WS4A060120D,WS4A020065K,WM2HV030120L,WS4A020065J,WM2HA024200LP,WS4A060120K,WM2V040170L,WM2V040170N,WS4A025170B-V,WM2V040170K,WMH080M170A1A,WS4A030120K,WS4A030120B-V,WM2HV060120L,WM2HV060120K,WM2HV060120N,WMIT040M120B1A,WM2HV011075L,WM2HV011075K,WS4A200120T,WMT040M120B1A,WM2HA240120N,WS4A010120E,WS4A004065F0,WS4A010120D,WS4A010120B,WS4A010120A,WM2A050330L,WM2HA240120E,WS4A008065B,WM2HV040120L,WS4A060065K,WS4A008065A,WMD040M120B1A,WS4A008065F,WS4A008065E,WM2HA140120L,WSXAXXXXXX0,WM2HA140120K,WM2HA140120N,WS4A050120D,WS4A050120B,WMH040M120A1A,WM2HV016120L,WM2HV016120K,WM2HA020170L,WS4A010120J,WM2HA020170K,WS4A040065K,WS4A050120B-V,WMH060M075A1A,WS4A015065A,WS4A015065B,WM1A650170N,WM1A650170K,WM2A075120K,WM2A075120L,WM2A075120N,WM2V020065N,WM2V020065K,WM2V020065L,WS4A004065B0,WS4A004065E0,WMXAXXXXXX0,WM2V075120N,WM2HA060120K,WM2V075120K,WM2HA060120L,WM2V075120L,WM1A080120K1,WM2HA060120N,WM2HV075120L,WM2HA020065K,WS4A030065B-V,WM2HA020065L,WM2A040170K,WM2A040170L,WM2A040170N,WM2HA016120L,WM2HA016120K,WM2HA020065N,WM2HA016120T,WM2A060090N,WMH020M120A1A,WM2A060090K,WM1A080120L1,WM2A060090L,WM2A100200LP,WM1A01K170K,WS4A030120D,WM2A050200LP,WM2A020065L,WM2A020065K,WM2A020065N,WM1A01K170N,WS4A030120B

选型指南 - 中电国基南方 - 2024/7/30 PDF 中文下载

【视频】蓉矽高可靠性SiC功率器件在光储充与新能源汽车上的应用

型号- NCD30S40TTD,NC1M120C12HT,NC1M120C12W,NC1D120C10AT,NCD30S20TTD,NC1D120C20KT,NC1D120C30KT,NC1M120C40HT,NC1M120C75HT

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科普 | 碳化硅功率器件与光伏逆变器的未来

光伏发电是碳化硅器件除电动汽车以外的第二大应用领域。光伏逆变器作为光伏电站的转换设备，主要作用是将太阳电池组件产生的直流电转化为交流电。本文中SMC将为大家分析碳化硅功率器件与光伏逆变器的未来，希望对各位工程师朋友有所帮助。

技术探讨发布时间 : 2024-07-23

派恩杰（PN Junction）碳化硅肖特基二极管和碳化硅MOSFET选型指南

目录- 碳化硅肖特基二极管碳化硅MOSFET

型号- P3D06010I2,P3D06020F2,P3M06120K4,P3D06010E2,P3D06016I2,P3M171K0G7,P3M173K0T3,P3M06120K3,P3D12010T2,P3D12040K2,P3M12080K4,P3D12040K3,P3M12080K3,P3D06002T2,P3M12040K3,P3D06004T2,P3M12040K4,P3D06006T2,P3D06008T2,P3M12025K4,P3M12080G7,P3M171K0K3,P3D06020I2,P4D06010F2,P3D12005E2,P3D06002G2,P3M06060T3,P3D06004G2,P3D06006G2,P3D06008G2,P6D12002E2,P3M06060G7,P3M171K0T3,P3D12030K3,P3D06010T2,P3D12030K2,P3M06060K3,P3D12015K2,P3M06060K4,P3M173K0K3,P3D06010G2,P4D06020F2,P4D06010I2,P3D06016K3,P3D06006F2,P3D06008F2,P6D06004T2,P3D12020K3,P3M06300D8,P3M06300D5,P3D12020G2,P3D12015T2,P3M12160K4,P3D06020T2,P3D12020K2,P3M12160K3,P3D06020P3,P3D12005K2,P3M12017BD,P3D06010F2,P4D06020I2,P3D06002E2,P3D06006I2,P3D06004E2,P3D06008I2,P3D06006E2,P3D06008E2,P3D12010K2,P3M06025K4,P4D06010T2,P3D12010K3,P3M07013BD,P3D12005T2,P3M06040K4,P3M06040K3,P3M12017K4,P3D06020K2,P3D12010G2,P3M17040K3,P3D06020K3,P3M17040K4

选型指南 - 派恩杰 PDF 中文下载

【选型】力特1700V SiC MOSFET助力光伏逆变器1500V系统辅助电源高效稳定运行

现在光伏逆变器电压等级提升到1500V，如果选用单端反激拓扑，单管MOS耐压值需要超过3000V，因此建议采用双管反激方案，推荐Littelfuse的SiC MOSFET LSIC1MO170E1000，1700V高耐压，同时采用常用的TO247封装，可直接替换Si MOS使用。

器件选型发布时间 : 2020-12-29

扬杰科技2024慕尼黑上海电子展回顾，展示新能源汽车、光伏逆变器、储能逆变器等多元领域的产品解决方案

2024年7月8-10日，为期三天的慕尼黑上海电子展圆满落幕，扬杰科技凭借卓越先进的展品、行业应用解决方案、独具一格的展台设计，现场销售人员、FAE、PM、行业经理等进行专业接待交流，吸引大量新老客户来现场进行互相交流探讨，展会现场人流如织，使得扬杰科技成为本次展会一大亮点。

原厂动态发布时间 : 2024-07-13

【视频】虹美车规SiC二极管/GaN FET/IGBT，提供DC-DC/光伏逆变/快充等新能源、工业解决方案

型号- HM01N100PR,HMS11N70Q,HMS7N80,HMS5N80,HMS5N90R,HM4N65R,HMS5N70R2,HMS20N80,HM3N150,HM8N100F,HMG20N65F,HMS5N70R,HMG20N65D,HMS10N80,HMS13N65Q,HMS15N80D,HM40N120AT,HMS11N65Q,HMG40N65AT,HMS5N65R,HM3N100,HM1N60R,HMS5N90R2,HM0565MR,HMN9N65D,HMS5N65R2,HMN11N65D,HM3N120,HM2N65R,HM40N120FT,HMG40N65FT,HM4N60R

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【经验】Littelfuse SiC MOS管让光伏逆变器峰值效率高达99%

以10kW三相光伏逆变器为例，在逆变电路中采用littelfuse 1200V/80mΩ的SiC MOS管（LSIC1MO120E0080）和650V/40A的IGBT单管相结合，开关频率由16kHz提高至50kHz。在输出三相交流400V时，其最大输出电流可达18A，峰值效率高达99%，功率密度达到1Kw/L，有效的提高了整机效率和功率密度。

设计经验发布时间 : 2019-02-26

SMC 1700V SiC MOSFET用于中功率新能源，两级拓扑更简单，效率、功率密度、可靠性提升

高电压SiC MOSFET在低功率辅助电源的应用带来了诸多收益。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。目前，SMC在650V-1700V SiC MOSFET的研发与生产上均有所规划，并将于2024年下半年实现大批量量产。

应用方案发布时间 : 2024-06-05