发布时间： 2022/11/16 14:09:37 | 999 次阅读
quan球主要国家和地区都已经宣布了“碳达峰”的时间表。在具体实现的过程中，轨道交通将是一个重要领域。由于用能方式近乎100%为电能，且带动大量基础设施建设，因此轨道交通的“碳达峰”虽然和工业的“碳达峰”路径有差异，但总体实现时间将较为接近。在中国，这个时间节点是2030年之前。
当然，“碳达峰”在每一个领域都有狭义和广义的区分，比如在工业领域，一方面是重点企业自身通过节能%2B绿电的方式实现“碳达峰”，另一方面也需要围绕重点企业的产业链上下游全面实现能耗降低。对于轨道交通也是如此，狭义层面的轨交工具，以及广义层面的所有配送电设施和其他基础建设，以及上下游产业链均需要实现“碳达峰”。
本文我们将重点介绍第三代半导体中的SiC（碳化硅）如何助力轨道交通完成“碳达峰”目标。
SiC和氮化镓（GaN）等是第三代半导体的代表材料。与di一二代半导体材料相比，SiC等第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿场强、更高的热导率、更高的电子饱和漂移速率及更高的抗辐射能力，因此特别适合高压、高频率场景，帮助相关领域提效降耗。
得益于SiC材料优异的电气性能，SiC功率器件成为半导体厂商布局的热门赛道，从厂商属性来看，主要以IDM类型厂商为主。综合而言，SiC功率器件主要分为两大类，分别是SiC功率二极管和SiC功率晶体管。其中SiC功率二极管又会包括肖特基二极管和PiN二极管；SiC功率晶体管则主要是SiC MOSFET、SiC JFET、SiC IGBT和SiC晶闸管。从目前的产品发展情况来看，SiC肖特基二极管和SiC MOSFET的商业化水平zui高。
作为传统Si IGBT的潜力替代选项，SiC MOSFET同样具有不胜枚举的性能优势，我们在此简单列举几项。比如，SiC的介电击穿场强大约是Si的10倍，因而SiC MOSFET具有高耐压和低压降的特性，在相同耐压条件下，SiC MOSFET比Si IGBT的导通损耗更低，同时器件尺寸更小；MOSFET原理上不产生尾电流，因而SiC MOSFET比Si IGBT有着更低的开关损耗，能够打造更高功率密度的系统方案，且能够工作于更高频的场景下；此外，SiC MOSFET更利于方案厂商进行小型化和轻量化设计。
凭借着优异的产品特性，SiC功率器件市场发展迅速。根据市场分析机构Omdia的统计数据，2019年quan球SiC功率器件市场规模为8.9亿美元，受益于轨交、新能源汽车、光伏等下游市场的需求量不断提升，预计到2024年quan球SiC功率器件市场规模将达26.6亿美元，年均复合增长率达到24.5%。
在轨道交通领域，牵引变流器、辅助变流器、主辅一体变流器、电力电子变压器、电源充电机等环节均可用到SiC功率器件。比如在轨道交通的电力牵引系统中，牵引变流器是其中的he心器件，相较于机车大功率交流传动系统过往使用IGBT，采用SiC功率器件替代后，整体方案在高温、高频和低损耗等技术参数方面得到显着改善。并且，SiC功率器件可以在更高的频率下切换，系统中的变压器、电容、电感等无源器件的数量和体积明显减小，改善了整体方案的体积和重量，提升轨交机车的能效水平。
未来，中国以及quan球的轨道交通的电气系统将呈现高频化、小型化、轻量化、集成化、大功率化、高功率密度化的典型趋势，凭借着器件本身和拓扑结构等方面的优势，SiC功率器件在轨道交通中的应用前景光明且广阔。
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