Page 29 - EV Hypercar突破重量與動力極限

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技術縱橫 氮化鎵搶搭電動車熱潮
作者:Maurizio Di Paolo Emilio，Power Electronics News & EEWeb 主編
能源轉型的挑戰涉及不同的市場。電動車(EV)的技術進步正在降低成本，但最重要的是為許多消費 者提供了所需要的更高效率和續航里程。針對整個動力傳動系統，更高功率密度的電池、更高效的 電動馬達以及新型寬能隙(WBG)半導體解決方案的組合正推動市場的發展。
氮化鎵(GaN)是一種具有顯著 固有特性的寬能隙材料。它在系統 級提供了許多優勢，可以獲得更好 的性能。
器類型中(3kW到幾十kW)。但 是，Ben Slimane和Chiu說，「總 的來說，GaN將與碳化矽(SiC)和Si 形成競爭，尤其是SiC將在更大功 率和更高電壓(超過1,200V)方面 受到青睞，特別是在逆變器級。」
在高效電壓轉換器、功率MOSFET 和蕭特基二極體的生產中作為矽 的重要替代品。與矽相比，GaN提 供了重要的改進，例如更高的能 效、更小的尺寸、更輕的重量和更 低的總成本。
Yole Développement (Yole) 技術和市場分析師Ahmed Ben Slimane和Poshun Chiu表示，「採 用更高功率密度的元件，以及降低 系統重量，是增加續航里程的兩 種方法。GaN可以在更高頻率下 以更高的效率運行，其性能優於 矽(Si)MOSFET元件，從而可減少 系統中被動元件的數量並提高功 率 密 度。」
Yole預計，2026年，GaN功率 元件在汽車和行動市場的市值將 超過1.55億美元。
GaN和SiC都是寬能隙材料。 雖然這些材料具有出色的性能， 但它們的特性、應用和閘極驅動要 求是不同的。SiC可以在大功率和 超高壓(650V以上)應用中與IGBT 電晶體競爭。同樣地，在電壓高 達650V的電源應用中，GaN可以 與當前的MOSFET和超接面(SJ) MOSFET競爭。
Ben Slimane和Chiu指出， 從2022年開始，GaN有望實現小 量滲透率，主要與OEM和Tier 1 供應商的出樣有關。「預計GaN將 滲透到48V至12VDC/DC轉換器。 在這方面，我們已經看到在輕混合 電動車(MHEV)中有標準化48V系 統的趨勢，從而增加輸電能力並 減少電阻損耗。」
「如同任何新技術一樣，它 需要有一定的技術可靠性和產業 成熟度，以及可接受的性價比，才 能進入大眾市場。」Ben Slimane 和Chiu表示，「透過進入快速充電 器市場，GaN無疑地將轉向大量 生產，規模經濟也將隨之而來。」
「如果我們首先關注功率 GaN中的各種基底，那麼今天的 矽基GaN (GaN-on-Si)代表了更 大的市場份額，因為很少有廠商使 用藍寶石基GaN。」Ben Slimane 和Chiu表示，「隨著產業從6英吋 發展到8英吋，我們將在矽基GaN 平台上看到更多參與者。目前， 很少有廠商採用8英吋平台。例 如，Innoscience和X-Fab以及其 他一些業者正在為未來幾年做準 備。此外，隨著晶圓尺寸增加，需
Yole指出，可為GaN帶來大 好機會的另一個市場是車載充 電器(OBC)，在這方面，GaN非 常適合滲透到較低功率的充電
氮化鎵的能隙為3.2電子伏特 (eV)，比矽的能隙(相當於1.1eV)高 近3倍。這意味著需要使用更多的 能量來激發半導體導電帶中的價電 子。雖然這一特性限制了GaN在超 低電壓應用中的使用，但其優勢在 於可實現更高的擊穿電壓以及在更 高溫度下的熱穩定度更佳。GaN極 大地提高了功率轉換級的效率，可
氮化鎵
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