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2019年04月22日 | 罗姆的碳化硅及其他技术是如何解决新能源汽车的痛点
2019-04-22 来源：EEWORLD
随着新能源汽车技术的发展，越来越多的消费者开始购入新能源车，然而至今为止，新能源车依然有一些弊端尚需解决，其中主要问题包括行驶距离、电池空间和可靠性三大方面。
碳化硅技术则可有效改善新能源汽车中最棘手的电源相关问题。
与硅技术相比，碳化硅具有数倍的耐压能力，更低的导通电阻；更高的工作频率和更高的效率；以及更高的温度特性等等。
作为碳化硅主要供应商之一的罗姆（ROHM）表示：使用碳化硅元器件能让设备体积更小，功耗更低。因具备高耐压、高耐热特性，使在小空间和严酷环境下的安装成为可能。应用于混合动力汽车和电动汽车，可大幅降低油耗，扩大车内空间，从而有更多空间设置更大的电池，有效提高行驶距离。
如左图实物所示，碳化硅模块和Si IGBT模块相比，重量、体积等都有着明显减少。
而在右图显示的效率方面，碳化硅相比IGBT最多可减少2/3的损耗。
除了碳化硅之外，罗姆还拥有更多模拟、电源、数字电路或有源分立元件，应用在车身、信息娱乐、仪表盘及动力相关领域。
罗姆的碳化硅功率元件
在汽车电子中，主逆变器、DC/DC转换器、车载充电器、电动压缩机等在新能源汽车中重要性凸显的大电流区域，需要更稳定高效率的元器件，罗姆可提供以先进碳化硅功率元器件为首的综合电源解决方案。
如图所示，在充电、逆变器、转换器等领域碳化硅都可以发挥出其特有优势。
盘点罗姆在电动汽车领域的产品及方案
ROHM针对EV专用单元的综合解决方案
电动车的需求分为12V和48V两套系统。
其中12V系列低电压电路要和电池/驱动系统高电压电路进行绝缘，进而要求较高的可靠性、小型化、低功耗。罗姆通过碳化硅功率元器件、IGBT、SJMOSFET等功率元器件对其作出贡献。
此外，罗姆还提供与功率元器件控制IC及电源、变压器、二极管、检测电流的分流电阻器等各种通用产品配套的解决方案，以此降低EV专用单元的功耗、提高效率、使之更小。
而对于轻混动力汽车来说，同时采用比以往12V电源传输效率更高的48V电源系统。另一方面，配置在车辆各个部位的ECU需要较低的3.3V驱动电压，进而要求更低的2.5V的驱动电压。
罗姆挑战DC/DC转换器的“单芯片化”这一高难度关口，开发出了超高速脉冲控制技术“Nano Pulse Control”。搭载此项技术，可将开关导通时间缩短到9ns。这在目前的电源IC中是世界最小的数值。
主逆变器方案
主逆变器的作用是将电池中储备的直流电转换为三相交流电来驱动电机。
以往的逆变器用功率元器件多使用IGBT和二极管组合的产品，而能够降低电阻损耗和开关损耗的碳化硅 MOSFET和碳化硅肖特基势垒二极管的组合正越来越受到关注。今后会向着低导通阻抗等更高性能而努力。
主要产品除了碳化硅 MOSFET之外，还包括各种电源、模拟元件、分立元件或保护电路等。
DC/DC转换器
xEV不使用发动机，以高电压电池和马达来驱动。DC/DC转换器由功率元件进行高频开关，通过变压器从高电压电池转换直流低电压。为了保护在低电压状态下工作的电子电路，需要将低电压PCB板和高电压PCB板与所有地与信号进行电气分离。另外，通过使用ROHM提案的搭载了碳化硅 MOSFET的DC/DC转换器系统，可以进行高速开关动作，在提高安全性的同时，还可以实现小型化和高性能化。
车载充电器
车载充电器(On-board Charger ) 是将家庭用100V～240V交流电流转换为直流电流，以对高压电池进行充电的AC/DC转换器。为支持世界各国的家庭用电源的电压，车载充电器的容许输入电压为85V～265V。为了满足缩短充电时间这一市场需求，快速充电规格的电压更高，导致电池电压也随之变高。因此，车载充电器的容许输入电压也有升高的倾向，不仅仅是二极管，包括MOSFET在内都在快速向着碳化硅化发展。 
电动压缩机
xEV的空调使用电动压缩机。为了提高马达效率需要高电压，对控制转速的逆变器来说高耐压、高可靠性、高效率也尤为重要。ROHM面向电动压缩机的IGBT拥有优异的短路耐受性，并且还是可以实现低损耗的高性能元器件。 
碳化硅在方程式赛车上大显神威
自FIA电动方程式锦标赛第三赛季开始，罗姆作为VENTURI Formula E车队的官方技术合作伙伴，向其提供碳化硅功率元器件。用电池驱动的Formula E赛车与传统赛车的最大不同之处在于电源管理。如何最大限度地利用电力是取胜的关键。能否毫无浪费地使用电力，取决于控制电池电量并将其发送到电机的逆变器的性能。
罗姆的挑战也恰恰在此。正如车手Felipe Massa所说：“Formula E最吸引我的地方是它不仅仅是赛道上的竞争，同时也是在技术开发上追求最高效率的大比拼。我们相信我们找到了完美的技术合作伙伴，罗姆是碳化硅功率元器件解决方案的领先公司。”
实践证明，罗姆的碳化硅技术大幅降低了赛车逆变器的能量损耗，并且通过逆变器的大幅度小型轻量化，进一步对赛车的性能提高作出贡献。
通过碳化硅技术，减轻了43%的体积和6公斤重量，效率损失仅为IGBT的25%。
作为第三代半导体的典型代表，随着碳化硅技术产业化的不断向好以及新能源汽车市场和其他能源市场对效率、尺寸、频率等要求不断提高，相信碳化硅将会迎来更美好的未来。
史海拾趣
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