新基建時代,碳化硅在六大領域的典型應用

發表時間:2020-04-13 15:01

“新基建”:駛向科技強國的“數字高速公路”

當前,抗擊疫情的硬仗還沒打完,疫后重建的硬仗已經打響,動力就是“新基建”。34日,中共中央政治局常務委員會召開會議,強調要加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度。一時間,“新基建”成為人們熱議的經濟話題。

何為“新基建”?

“新基建”覆蓋5G基建、特高壓、城際高鐵和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工智能、工業互聯網等七大領域,涉及通信、電力、交通、數字等多個社會民生重點行業。國家在新一輪的基建刺激中對這七個細分領域的投資規模也是相當驚人,根據賽迪智庫預測,到2025年新基建帶動相關投資累計總規模將超過17萬億!“新基建”是發力科技端的基礎設施建設。相較于傳統的鐵路、公路、橋梁等“老基建”,“新基建”所包含的5G網絡、數據中心、人工智能等領域,都是著眼于經濟長遠發展必須加快發展的科技領域當前各國經濟都在朝智能化、數字化、科技化的方向發展,我國加快以5G+云+AI等為代表的“新基建”,無疑是建設一條駛向科技強國的“數字高速公路”。

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碳化硅在“新基建”領域的典型應用

碳化硅屬于第三代半導體材料之一,具備大功率、低損耗、高可靠、低散熱等特點,可應用于 1200 伏特以上的高壓、嚴苛環境,可廣泛應用于風電、鐵路等大型交通工具,及太陽能逆變器、不斷電系統、智慧電網、電源供應器等高功率應用領域。碳化硅應用涵蓋了新基建涉及的絕大部分領域,這給國內以基本半導體為代表的碳化硅企業帶來巨大利好。

(一)5G基建——通信電

通信電源是服務器、基站通訊的能源庫,為各種傳輸設備提供電能,保證通訊系統正常運行。碳化硅MOSFET的高頻特性使得電源電路中的磁性單元體積更小、重量更輕,電源整體效率更高;碳化硅肖特基二極管反向恢復幾乎為的特性使其在許多PFC電路中具有廣闊的應用前景。例如,在3kW高效通信電源無橋交錯PFC電路中,使用2顆基本半導體650V/10A碳化硅肖特基二極管,可以幫助客戶實現滿載效率大于等于95%的高技術要求。

(二)新能源汽車充電樁——充電樁電源模塊

新能源汽車行業的快速發展帶動了充電柱的需求增長,對新能源電動汽車而言,提升充電速度和降低充電成本是行業發展的兩大目標。在充電樁電源模塊中使用碳化硅器件,可以實現充電樁電源模塊的高效化和高功率化,進而實現充電速度的提升和充電成本的降低。

(三)大數據中心、工業互聯網——服務器電源

服務器電源是服務器能源庫,服務器提供電能,保證服務器系統正常運行。在服務器電源中使用碳化硅功率器件,可以提升服務器電源的功率密度和效率,整體上縮小數據中心的體積,實現數據中心整體建設成本的降低,同時實現更高的環保效率。

化硅MOSFET具有高頻特性,可使電源電路的磁性單元體積更小、重量更輕,電源整體效率更高;碳化硅肖特基二極管反向恢復幾乎為零,可運用于各種PFC電路。例如,在3kW服務器電源模塊中,在圖騰柱PFC中使用基本半導體碳化硅MOSFET可以顯著提升服務器電源的效率,實現更高的效率要求

(四)特高壓——應用柔性輸電直流斷路器

特高壓作為大型系統工程,將催發從原材料和元器件等一系列的需求,而功率器件是輸電端特高壓直流輸電中FACTS柔性輸電技術和變電端電力電子變壓器(PET)的關鍵器件。直流斷路器作為柔性直流輸電的關鍵部分之一,其可靠性對整個輸電系統的穩定性有著較大影響。

由于直流斷路器整體電壓高,受限硅器件目前電壓等級,使用傳統硅基器件設計直流斷路器需要多級子單元串聯,在直流斷路器中使用高電壓碳化硅器件可以大大減少串聯子單元數量,是行業研究的重點方向。未來高電壓碳化硅功率器件成熟穩定后,在直流斷路器中具有廣闊的應用前景。

(五)城際高鐵和城際軌道交通——牽引變流器、電力電子變壓器、輔助變流器、輔助電源

軌道交通行業也是碳化硅功率器件主要指標應用行業之一。未來軌道交通對電力電子裝置,比如牽引變流器、電力電子電壓器等提出了更高的要求。采用碳化硅功率器件可以大幅度提高這些裝置的功率密度和工作效率,將有助于明顯減輕軌道交通的載重系統。

目前,受限于碳化硅功率器件的電流容量,碳化硅混合模塊將首先開始替代部分硅IGBT模塊。未來隨著碳化硅器件容量的提升,全碳化硅模塊將在軌道交通領域發揮更大的作用。碳化硅器件可以實現設備進一步高效率化和小型化,在軌道交通方面具有巨大的技術優勢。日本新干線N700S已經率先在牽引變流器中使用碳化硅功率器件,大幅降低整車的重量,實現更高的運載效率和降低運營成本。


依托碳化硅領先技術,基本半導體助力中國“新基建

新基”的部署,正推動以碳化硅為代表的第三代半導體產業迎來發展紅利。基本半導體自主研發的全電流電壓等級碳化硅肖特基二極管、首款國產通過工業級可靠性測試的1200V碳化硅MOSFET,以及車規級全碳化硅功率模塊等系列產品,可5G基建、特高壓、城際高鐵和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心和工業互聯網的新基建項目提供穩定可靠的電力電子解決方案。

作為中國碳化硅功率器件領軍企業,以及5G產業技術聯盟理事單位,基本半導體掌握行業領先的碳化硅核心技術,研發覆蓋材料制備、芯片設計、制造工藝、封裝測試、驅動應用等產業全鏈條。通過前瞻布局新技術新產業,基本半導體正以排頭兵之勢,積極投身中國“新基事業,為“中國智造”高質量發展保駕護航。



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