“混”得好，就賣得好；賣得好，才能活得好！
中汽協(xié)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021年至2023年，增程式車型銷量增速分別為206%、116%及173%。而同期的純電車型增速分別為157.4%、67.5%及24.4%。2024年前9月，增程式車型增速依舊高于純電車型，高達109.8%，而純電車型僅為17.7%。這一數(shù)據(jù)無疑揭示了增程式車型在市場上的強勁勢頭，也預(yù)示著技術(shù)路線的新變革。
從技術(shù)路線角度來看，目前市面上主要有三種：增程式混動、插電式混動和HEV油電混動。增程式混動，顧名思義，是以電動機為主，燃油發(fā)動機僅作為發(fā)電設(shè)備使用的一種技術(shù)路線。這種“混”的方式，不僅提升了車輛的續(xù)航能力，還降低了純電動車型面臨的續(xù)航焦慮。而在這場技術(shù)變革中，碳化硅（SiC）材料的應(yīng)用無疑成為了新的焦點。
不管怎樣，增程式也算一種是“混”。將新舊兩種技術(shù)“混”在一起，往往會產(chǎn)生出人意料的效果。其實，在功率半導(dǎo)體應(yīng)用中，硅與碳化硅的“混搭”同樣展現(xiàn)出了非凡的潛力。
碳化硅具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)、擊穿電壓和開關(guān)速度，這些特性使得它在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢。然而，高昂的成本一直是限制其廣泛應(yīng)用的主要因素之一。為了解決這個問題，行業(yè)開始探索將硅與碳化硅相結(jié)合的方案，以實現(xiàn)降本增效。
在增程式汽車中“混碳”
事實上，從2021年到2024年，增程車的增速遠超純電車型，小米、小鵬、蔚來、埃安、極氪、阿維塔、零跑、哪吒、智己等純電賽道的玩家都紛紛向增程車領(lǐng)域進軍。值得注意的是，在增程式汽車中也開始采用“混碳”方案來降本增效。
2042年混碳功率模塊（硅IGBT+碳化硅MOSFET）非常搶手，混動車型中的應(yīng)用大大擴展了碳化硅的應(yīng)用場景，盡管碳化硅芯片用量有所減少，但卻有望成為用量更大市場。這一趨勢不僅推動了碳化硅材料在增程式汽車中的應(yīng)用，還促進了整個行業(yè)的快速發(fā)展。
在增程式汽車中，“混碳”方案已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。小鵬汽車就是這一趨勢的踐行者之一。在“小鵬AI科技日”上，小鵬汽車宣布正式加入增程陣營，推出了基于全域800V高壓碳化硅平臺的“小鵬鯤鵬超級電動體系”。小鵬還表示，他們未來還將會用于超級電動車型、純電車型采用混合碳化硅方案。
據(jù)了解，搭載了5C超充AI電池、混合碳化硅同軸電驅(qū)、靜音增程器（運行噪音僅為1dB），以及AI電池醫(yī)生和AI動力功能。結(jié)合全套技術(shù)方案，最終可以讓汽車實現(xiàn)純電續(xù)航430公里，綜合續(xù)航預(yù)計超過1400公里。
小鵬全新混合碳化硅同軸電驅(qū)有兩個關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新：一是采用了同軸電機：從而使得電驅(qū)體積較傳統(tǒng)電機減少30%，電機重量減少7.5%，可為后排增加一拳的空間。二是采用了基于混合碳化硅的電機控制器，實現(xiàn)了“行業(yè)第一”的93.5% CLTC效率。另外，在碳化硅芯片用量減少60%的同時，輸出功率提升了10%。這一創(chuàng)新不僅降低了成本，還提升了車輛的性能和續(xù)航能力。
在電動汽車模塊中“混碳”
在電動汽車模塊中，“混碳”方案同樣展現(xiàn)出了巨大的潛力。功率模塊中硅和碳化硅的主要區(qū)別之一是碳化硅具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)、擊穿電壓和開關(guān)速度，使其效率更高，但也比硅基功率模塊更昂貴。為了降低每輛車的碳化硅含量，同時保持車輛的性能和效率，行業(yè)開始探索使用混合碳化硅功率模塊。
使用混合模塊，可以降低每輛車的碳化硅含量，同時以更低的系統(tǒng)成本保持車輛的性能和效率。例如，系統(tǒng)供應(yīng)商只需30%的碳化硅和70%的硅面積即可實現(xiàn)接近全碳化硅解決方案的系統(tǒng)效率。
例如，英飛凌科技推出的HybridPACK Drive G2 Fusion模塊就結(jié)合了硅和碳化硅技術(shù)，在性能和成本效率之間實現(xiàn)了平衡。這一創(chuàng)新不僅滿足了電動汽車對更長續(xù)航里程的需求，還推動了碳化硅技術(shù)在更大范圍內(nèi)的應(yīng)用。
HybridPACK Drive G2 Fusion模塊為即插即用的功率模塊，集成了英飛凌的硅和碳化硅技術(shù)，無需復(fù)雜的調(diào)整或配置即可輕松集成到車輛組件或模塊中。該模塊在750V級別下具有高達220kW的功率，確保了-40℃至+175℃的整個溫度范圍內(nèi)的高可靠性，并提高了導(dǎo)熱性。通過采用新的互連技術(shù)（芯片燒結(jié)）和新材料（新型黑色塑料外殼），該模塊還實現(xiàn)了更高的溫度額定值，從而獲得更高的性能和更長的使用壽命。
據(jù)最新信息，HybridPACK Drive G2 Fusion作為英飛凌HybridPACK Drive功率模塊系列的新成員，其設(shè)計巧妙，能夠無縫融入各類車輛組件或模塊之中，省去了繁瑣的調(diào)整與配置步驟。該G2 Fusion模塊在750V電壓等級下，展現(xiàn)出了高達220kW的強勁功率。其工作可靠性在-40℃至+175℃的寬泛溫度區(qū)間內(nèi)均保持卓越，并且顯著提升了導(dǎo)熱效率。
借助創(chuàng)新的組裝工藝與互連技術(shù)，HybridPACK Drive G2 Fusion模塊在性能與功率密度上實現(xiàn)了雙重飛躍。特別是引入了全新的互連方式（芯片燒結(jié)技術(shù)）及采用新型黑色塑料外殼材料，使得該模塊能夠承受更高的溫度額定值，進而解鎖了更高的性能表現(xiàn)與更長的使用壽命。值得注意的是，第二代產(chǎn)品還廣泛采用了耐高溫性能優(yōu)異的聚苯硫醚（PPS）材料，其變形溫度普遍超過260℃，盡管成本相對較高，但在抗拉強度等關(guān)鍵材料性能指標上，無疑是器件封裝的優(yōu)選方案。
英飛凌的CoolSiC技術(shù)與硅IGBT EDT3技術(shù)，憑借其超快的導(dǎo)通特性，支持靈活配置單柵極或雙柵極驅(qū)動器，使得從全硅或全碳化硅逆變器向Fusion逆變器的轉(zhuǎn)型變得輕松自如。英飛凌在碳化硅MOSFET、硅IGBT技術(shù)、功率模塊封裝、柵極驅(qū)動器以及傳感器技術(shù)領(lǐng)域的深厚底蘊，為打造高品質(zhì)產(chǎn)品奠定了堅實基礎(chǔ)，從而在系統(tǒng)層面有效降低了成本。
一個應(yīng)用例子是，通過將Swoboda或XENSIV霍爾傳感器集成至HybridPACK-Drive外殼內(nèi)，實現(xiàn)了電機控制的精準度與效率的雙重提升，詮釋了英飛凌在技術(shù)創(chuàng)新與系統(tǒng)集成方面的卓越能力。
在AI數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源中“混碳”
除了汽車行業(yè)，數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域也在探索碳化硅技術(shù)的應(yīng)用。隨著AI和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，對功率密度的要求越來越高。然而，目前全球大部分數(shù)據(jù)中心都無法滿足英偉達最新Blackwell GPU的功率需求。
為了解決這個問題，納微半導(dǎo)體推出了全球首款8.5kW AI數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源。該電源采用了氮化鎵（GaN）和碳化硅技術(shù)的混合設(shè)計，實現(xiàn)了超過97.5%的超高效率。這一創(chuàng)新不僅滿足了AI和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的功率需求，還降低了整體成本。
這款針對AI數(shù)據(jù)中心優(yōu)化的輸出電壓為54V的服務(wù)器電源，符合開放計算項目（OCP）和開放機架v3（ORv3）規(guī)范。在三相交錯PFC和LLC拓撲結(jié)構(gòu)中，采用了高功率GaNSafe?氮化鎵功率芯片和第三代快速碳化硅MOSFET，以確保實現(xiàn)最高效率和最佳性能，同時將無源器件的數(shù)量降至最低。
與競品使用的兩相拓撲相比，該電源所采用的三相拓撲結(jié)構(gòu)為PFC和LLC帶來了行業(yè)內(nèi)最低的紋波電流和EMI。此外，該電源的氮化鎵和碳化硅器件數(shù)量比最接近的競品少25%，進一步降低了整體成本。
該電源的輸入電壓范圍為180至264Vac，待機輸出電壓為12V，工作溫度范圍為-5℃至45℃，在8.5kW時的保持時間為10ms，通過擴展器可達到20ms。
GaNSafe?作為納微半導(dǎo)體的第四代氮化鎵產(chǎn)品，集成了控制、驅(qū)動、傳感和關(guān)鍵保護功能，具備前所未有的可靠性和魯棒性。作為全球氮化鎵功率芯片的安全巔峰，GaNSafe?具有短路保護（最大延遲350ns）、所有引腳均有2kV ESD保護、消除負柵極驅(qū)動和可編程的斜率控制等特性。
所有這些功能都可通過芯片4個引腳控制，使得封裝可以像一個離散的氮化鎵FET一樣被處理，不需要額外的VCC引腳、納微的650V GaNSafe目前提供TOLL和TOLT兩種封裝，最大導(dǎo)通電阻范圍從25到98mΩ，可應(yīng)用于1kW 到22kW的大功率應(yīng)用場景。這些功能使得GaNSafe?在應(yīng)用中更加安全可靠，同時也為電源設(shè)計提供了更多的靈活性和優(yōu)化空間。
寫在最后
綜上所述，“混”得好已經(jīng)成為當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一。無論是汽車行業(yè)還是數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，都在通過混合不同材料和技術(shù)來實現(xiàn)降本增效。這種創(chuàng)新不僅推動了行業(yè)的快速發(fā)展，也為消費者帶來了更加高效、實用的產(chǎn)品和服務(wù)。未來，隨著技術(shù)的不斷進步和成本的進一步降低，相信會有更多的創(chuàng)新應(yīng)用涌現(xiàn)出來，為我們的生活帶來更多便利和驚喜。
