電動汽車仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。電池生產(chǎn)、回收和發(fā)電等全球環(huán)境問題與成本、電池容量和充電基礎(chǔ)設(shè)施等個別和實際問題交織在一起。最先進的半導(dǎo)體技術(shù)至少有助于解決部分問題。

碳化硅 (SiC) 長期以來一直用作半導(dǎo)體材料。SiC 作為無線電檢測二極管于 1906 年首次獲得專利，通常用于海軍接收技術(shù)。同樣，第一批商用 LED 也是基于 SiC，這種材料因制造黃色和藍色 LED 而聞名。由于制造上的困難，其在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用近20年才出現(xiàn)。

事實證明，消除晶體缺陷是 SiC 發(fā)展的主要障礙。刃型位錯、螺型位錯、三角缺陷和基面位錯最初導(dǎo)致由 SiC 晶體制成的器件的反向阻斷性能較差。除了晶體質(zhì)量外，SiC 與二氧化硅的界面問題也阻礙了基于 SiC 的功率 MOSFET 和絕緣柵雙極晶體管的發(fā)展。只有仍然知之甚少的滲氮才顯著減少了導(dǎo)致界面問題的缺陷。這為 2008 年以后的 JFET、MOSFET 和肖特基二極管掃清了道路。SiC作為一種半導(dǎo)體材料，在速度、高溫、高壓等方面具有很大的優(yōu)勢。

這正是惡劣的汽車環(huán)境所需要的。電動汽車使用容量高達 100kWh 的電池，目標(biāo)是在盡可能短的時間內(nèi)為電池充電。使用公共充電站為電動汽車 (EV) 充電比為化石燃料汽車加油需要更長的時間。車輛充電的速度取決于充電站的充電速度和車輛接受充電的能力。將可進行快速充電的車輛連接到充電率非常高的充電站，可在 15 分鐘內(nèi)將車輛電池充滿 80%。充電速度較慢的車輛和充電站可能需要長達一個小時才能將電池充滿 80%。和手機一樣，

交流 (AC) 充電站將車輛的車載充電電路直接連接到交流電源。AC Level 1 直接連接到 120V 住宅插座，能夠提供 12A 至 16A（1.4kW 至 1.92kW）的電流，具體取決于專用電路的容量。AC Level 2 使用 240V 住宅或 208V 商用電源提供 6A 至 80A（1.4kW 至 19.2kW）之間的電流。

在直流 (DC) 快速充電中，電網(wǎng)電力在到達車輛電池之前通過 AC/DC 逆變器，繞過車載充電電路。DC Level 1 在 50V-1000V 時提供最大 80kW 的功率，DC Level 2 在 50V-1000V 時提供最大 400kW 的功率。大型商用車標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，理論最大功率為4.5MW。

二極管、MOSFET 和驅(qū)動器是此類大功率充電電路的主要組件。ON Semiconductor 的寬帶隙 SiC 器件組合具有更高的開關(guān)速度和更低的功率損耗，可為現(xiàn)代解決方案的每個部分提供合適的組件。通過實施電隔離的大電流柵極驅(qū)動器，可以減少對保護電路的需求 。

On Semiconductor 的 NCx57200 是一款高壓柵極驅(qū)動器，具有一個非隔離式低側(cè)柵極驅(qū)動器和一個電流隔離式高側(cè)或低側(cè)柵極驅(qū)動器。這些器件可以直接驅(qū)動半橋配置中的兩個絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。高側(cè)柵極驅(qū)動器的電流隔離可確保 IGBT 在高 dv/dt 下工作電壓高達 800V 的高功率應(yīng)用中的可靠開關(guān)。優(yōu)化的輸出級提供了一種降低 IGBT 損耗的方法。這些特性包括兩個帶死區(qū)時間和互鎖的獨立輸入、準(zhǔn)確的非對稱欠壓閉鎖 (UVLO) 以及短且匹配的傳播延遲。帶寬范圍為 270kHz 至 3MHz，典型IQ為 17μA 至 405μA 的運算放大器可在充電網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)安全感測電路。

但是，電路保護仍然是必要的。符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)的：NCID9211 雙通道數(shù)字隔離器具有高絕緣性和高抗噪性，其特點是高共模抑制（最低 100KV/s）和電源抑制。正如 ON Semiconductor 的保護和小信號分立器件所展示的那樣，保險絲和濾波器負責(zé)其余的工作。

結(jié)論

ON Semiconductor 付出了額外的努力來解決前面提到的與 SiC 相關(guān)的一些挑戰(zhàn)，例如晶體缺陷或柵極氧化層可靠性。通過在制造過程中增加額外的質(zhì)量控制步驟，如晶圓篩選或老化測試，可以更好地過濾 SiC 中的固有晶體缺陷。此外，SiC MOSFET 中增強的柵極氧化物可實現(xiàn)動態(tài)負柵極偏置，而不會導(dǎo)致 R DS(ON)或 Vth 漂移。結(jié)果是可靠的 SiC 器件可以用于最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，例如 EV 充電。