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全球行业应用展望——GaN+SiC的未来

2023-05-22 来源:谱析光晶

GaN+SiC=每年200亿美元的市场规模?


是的!众所周知,第三代半导体(以氮化镓GaN和碳化硅SiC为主),凭借在电子迁移率、功率密度、热稳定性等方面具有优异的性能,可以用于制造高效、高速、高温、高频的电子器件,成为了替代传统硅,为电力电子系统实现巨大跨越的理想材料。


而随着新能源、人工智能等技术的强势崛起,第三代半导体得天独厚的优势更加明显——移动电子、轨道交通、电动汽车、工业、太阳能、风能和储能领域大放异彩。


据新闻网获悉,接下来,让我们一同走进GaN+SiC所驱动的未来世界


智能电网(Smart Grid)


可再生能源(例如风能和太阳能)逐步渗透到我们的电力传输和分配系统中,再加上智能电网时代的到来,高压直流(HVDC)传输逐渐成为主流,这推动了对高效和高功率密度电力电子变换器系统的需求。


太阳能(Solar)


太阳能逆变器能将太阳能面板所获得的的直流电(DC)转换为交流电(AC)并储存到电池中或转送至电网。效率、尺寸和可靠性,是保证最高的电力输送能力和实现最快的投资回报率的关键。


氮化镓功率芯片和碳化硅功率器件可提供更低的元件数量,更紧凑的电路拓扑和更良好的控制,降低总体冷却需求。有助于打造相较传统方案的体积缩小一半、重量更轻的太阳能逆变器,降低25%的成本并实现40%的节能,并提升太阳能设备安装的投资回报率(ROI)约10%。


对于300-500W线路功率的住宅太阳能应用,GaN是理想选择,而SiC的更高电压能力使其更适合商业太阳能安装中部署的kW+组串式逆变器。


电动汽车(Electric Vehicle)


车载充电机(OBCs)、DC-DC转换器和牵引电机作为电动汽车的电力“主心骨”,它们需要具备最高的效率和功率密度,以及极强的可靠性,同时成本还需要兼顾竞争力。


为实现以上目标,由GaN优化的乘用车400V电池系统以及针对商业800V电池及以上的先进SiC解决方案应运而生。


氮化镓功率芯片和碳化硅功率器件可实现快3倍的充电速度和70%的节能,进而使电动汽车的续航里程延长5%或电池成本降低5%。


打个比方,使用GaN技术可以将全球电动汽车的普及提速3年,并在2050年降低20%因道路交通所产生的二氧化碳排放量。


轨道交通及移动电子(Transportation and Mobile)


全球的交通运输行业正处于革命性的关键节点,并需要在日愈恶劣的气候环境下,提供环保、性价比高且坚固耐用的产品。


碳化硅(SiC)分立式功率器件的多样化组合,可提供较低的导通和开关损耗,以及优异的热性能管理,可用于轨交电机、轨交辅助电源等,从而实现更经济高效的交通系统,包括电动公共汽车、铁路和地铁牵引、车队和货运电力子系统。


而在移动电子领域,氮化镓功率芯片能在所有移动设备,包括手机、平板电脑和笔记本电脑的快速和超快速充电方案上实现革命性突破——在传统硅方案的1/2大小和重量的前提下,带来快3倍的充电速度,并实现高达40%的节能减耗。


工业(Industrial)


向变速驱动器(VSD)的升级可以提高效率和功率密度,同时降低能源消耗。高度集成的、高速的GaNFast功率芯片和GeneSiC功率器件可用于工业马达电机中,替换传统的硅功率器件,以实现更高的效率、更少的谐波、更低的听觉噪音并带来自主保护功能,同时提供尺寸最紧凑、成本更优的解决方案。


数据中心(Data Center)


超过40%的数据中心成本与电力(电力和制冷)有关。随着大数据、人工智能的兴起,数据中心的流量加速增长,传统硅方案的有效性和效率已触到“物理”瓶颈。


因此,数据中心架构师将目光转向宽禁带半导体——氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC),帮助他们在保持尽可能低的能源消耗的同时优化性能,同时使机柜的功率上升。


大规模量产、高度集成的GaNFast氮化镓功率芯片和GeneSiC功率器件的可靠性已经得到证实,可以实现高达10%的效率提升,从而实现每年高达19亿美元的成本缩减。


由此可见,在我们生活日常的方方面面,随处可见GaN和SiC的身影。未来,随着新型能源和节能环保事业的不断推进,第三代半导体其巨大的应用潜能,势必成为电源转换系统的不二之选。


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