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知识专栏在新能源汽车飞速发展的浪潮中,“三电系统”(电池、电机、电控)无疑是核心。而在这三大核心之中,有一类看似微小却至关重要的电子元器件,堪称车辆的 “电能调度大师” 和 “动力心脏” ——它们就是 车用功率半导体。它们高效、精准地控制着整车能量的转换与传输,直接决定了车辆的动力性能、续航里程和充电速度。
核心成员:车用功率半导体的主力阵营
功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)
角色: 高效开关能手,尤擅中低压、高频率场景。
应用: 遍布车身低压系统:如电动助力转向 (EPS)、空调压缩机、LED车灯驱动、车窗升降控制、各类DC-DC转换器(负责不同电压等级间的电能转换)。
优势: 开关速度快、导通损耗低、驱动简单。
IGBT (绝缘栅双极型晶体管)
角色: 中高功率领域的“扛鼎者”,兼具MOSFET的易驱动性和双极型晶体管(BJT)的大电流处理能力。
应用: 新能源汽车的绝对核心! 主驱动电机控制器(逆变器)的关键开关器件,将电池的直流电逆变为驱动电机所需的交流电。其性能直接决定车辆加速、最高时速和能效。也应用于车载充电机 (OBC) 和部分高压DC-DC转换器。
优势: 耐压高、电流大、导通压降低(中高功率下效率高)。

SiC MOSFET (碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)
角色: 下一代高性能“明星”,由第三代半导体材料碳化硅 (SiC) 制成。
应用: 正在快速取代部分硅基IGBT,尤其是在高端新能源车的主驱逆变器、OBC、以及大功率直流快充桩中。
优势:
超高效率: 导通电阻和开关损耗远低于硅基器件,显著提升系统效率(增加续航)。
耐高温高压: 能在更高温度(>200°C)和更高电压下稳定工作。
更高频率: 允许使用更小的被动元件(电感、电容),使系统更轻量化、紧凑化。
更优热管理: 高温特性好,可简化散热系统。
GaN HEMT (氮化镓高电子迁移率晶体管)
角色: 高频高效“新锐”,由第三代半导体材料氮化镓 (GaN) 制成。
应用: 目前主要应用于对效率和体积要求极高的车载OBC、48V轻混系统DC-DC转换器,以及激光雷达驱动等。
优势: 开关速度极快(远超Si和SiC),导通损耗极低,特别适合高频、高效率、小体积的应用场景。
功率模块 (Power Modules)
角色: 并非单一器件,而是将多个IGBT芯片、SiC MOSFET芯片或二极管芯片,连同驱动、保护、散热等电路高度集成封装成一个整体。
应用: 是现代电动汽车主驱逆变器的标准形态,提供高功率密度、高可靠性和便于集成的解决方案。
优势: 集成度高、功率密度大、散热性能好、系统可靠性强、简化整车装配。
技术趋势:驶向高效、智能与集成
SiC/GaN加速普及: 随着成本下降和制造工艺成熟,SiC和GaN将在主驱逆变器、OBC、快充等核心高压部件中占据越来越重要的地位,成为提升整车效率和性能的关键推手。
模块化与集成化: 从分立器件到功率模块,再到更先进的 “电驱多合一” 集成系统(将逆变器、电机控制器、OBC、DC-DC等集成在一起),是提升功率密度、降低成本、优化布局的必然方向。
智能化与可靠性: 功率模块将集成更多智能驱动、状态监测、温度传感和保护功能,实现更精准的控制和更高的系统安全性与可靠性。
散热技术升级: 随着功率密度提升,高效散热技术(如双面冷却、直接水冷、先进导热材料)至关重要。
车用功率半导体,这些隐藏在钢铁身躯下的“电能魔术师”,正以前所未有的创新速度推动着汽车电动化的革命。从基础的硅基MOSFET、IGBT,到代表未来的SiC和GaN器件,它们不断突破效率、功率密度和温度的极限。
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