寬帶隙 (WBG) 技術在汽車應用領域獲得了廣泛關注，包括電動汽車 (EV) 充電，盡管如此，它們的特性使其適用于廣泛的能源管理基礎設施場景。無論何種應用，電力電子都旨在為負載提供最大功率。兩個主要挑戰是系統的熱管理和開關損耗。

　　您可以通過改善熱傳導和散熱或減少開關損耗來應對這些挑戰。碳化硅 (SIC) 和氮化鎵 (GaN) 都是 WBG 技術，已成為傳統硅 (Si) 半導體的可行替代品。

　　什么是寬帶隙?

　　物理學家將材料的帶隙定義為導帶最低未占據狀態與價帶最高占據狀態之間的能量差。當受到能量激發時，價帶中的電子可以躍遷到導帶。帶隙決定了電子從價帶移動到導帶需要多少能量。

　　SiC 和 GaN 最有可能取代硅

　　傳統硅材料的帶隙通常在 1.5 eV 范圍內。在 WBG 半導體中，帶隙更寬，因此得名。GaN 的帶隙為 3.2 eV，而 SiC 的帶隙為 3.4 eV。

　　WBG 半導體功率器件可以在更高的電壓、溫度和功率下工作。這些特性使其成為汽車應用和其他儲能用例的理想選擇。

　　SiC 和 GaN 不僅與傳統硅不同，而且彼此之間也存在差異。這些差異在決定在電力應用中使用哪一種時很重要。

　　SiC 在可靠性和散熱方面得分很高

　　SiC 功率半導體的主要優勢在于其出色的柵極氧化物可靠性。SiC 采用垂直晶體管概念，而 GaN 晶體管與大多數硅器件一樣具有橫向傳導。

　　SiC 的其他優勢包括通過小型化進步提高效率、降低冷卻要求以及與電力應用的 Si 相比降低總體系統成本。

　　由于熱性能高，SiC 的熱效率極高，因此在電動汽車車載充電器 (OBC) 中大放異彩。SiC 采用垂直晶體管，在 OBC 中，熱量通過晶體管消散。當熱量到達 SiC 層時，它會均勻分散 — 只有鉆石才能做得更好(這是一項昂貴的提議)。

　　OBC 是一種應用示例，其中需要將最大功率安全地泵入有限空間，而不會使晶體管過熱。SiC 是 OBC 的理想選擇，因為它位于密封的、狹窄的空間中，熱量是一個因素。散熱使 OBC 能夠更快地為車輛充電，同時控制狹小空間內的熱量。

　　隨著車輛到電網 (V2G) 和車輛到家庭 (V2H) 應用變得越來越廣泛，快速充電電動汽車基礎設施的普及需要將設備放置在許多不同的環境中，而這兩個領域正是 SiC 擅長的領域。

　　除了電池充電之外，SiC 在高功率環境中耗散的能力還擴展到其他能源管理基礎設施，例如太陽能存儲系統。

　　GaN 提供高密度和快速開關

　　GaN 是一種橫向晶體管，支持快速切換，非常適合需要高功率密度的應用。SiC 可在 IC 級別提供密度，而 GaN 可在電路板級別實現更高的功率密度。

　　在電源應用中，GaN 可實現更快的開關速度，從而降低開關損耗。作為快速開關電源的副產品，更高的頻率可減小磁性元件的尺寸，從而降低電路板密度并提高系統效率。

　　由于 GaN 在電路板層面具有有效密度和快速切換的特點，因此它是消費電子產品充電用例的絕佳選擇，這些用例的目標是從低功耗狀態快速充電至滿功率。應用示例包括筆記本電腦的電池充電器和 USB-C 型壁式插頭。GaN 的另一個理想應用是數據中心的開關電源。

　　選擇最佳寬帶隙解決方案

　　您可能認為選擇您喜歡的 WBG 技術并堅持使用它是最佳選擇，但您可能希望根據應用混合搭配 SiC 和 GaN。您也可以繼續使用傳統硅，因為它仍然有其用武之地。

　　如上圖所示，SiC 非常適合最高功率應用，但開關頻率有限。GaN 更適合高頻開關應用。

　　采用 SiC 可以幫助您管理熱性能，而 GaN 可以將開關損耗降至幾乎為零。通過聯系供應商，您可以簡化對眾多應用場景進行分類并選擇合適的 WBG 技術的過程，供應商可以概述可用的選項并幫助您為您的應用選擇最佳選項。

　　鑒于 WBG 技術的眾多用例以及對傳統硅片的持續需求，GaN 或 SiC 不太可能成為唯一的首選技術。浮思特對 WBG 的態度是引導客戶選擇最適合其功率需求并最大化性能的產品。

浮思特科技專注功率器件領域，為客戶提供IGBT、IPM模塊等功率器件以及MCU和觸控芯片，是一家擁有核心技術的電子元器件供應商和解決方案商。