傾佳電子行業(yè)洞察-電力電子的樞紐:以SiC碳化硅為支點(diǎn),駕馭“十五五”能源變革
傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國(guó)工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動(dòng)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,并提供包括IGBT、SiC MOSFET、GaN等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。?
傾佳電子楊茜致力于推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進(jìn)口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級(jí)!
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個(gè)必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢(shì)!
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢(shì)!
傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢(shì)!
摘要
傾佳電子旨在深度剖析中國(guó)“十五五”規(guī)劃(2026-2030年)對(duì)電力電子產(chǎn)業(yè)的深遠(yuǎn)影響,并闡明以碳化硅(SiC)為代表的第三代半導(dǎo)體在其中發(fā)揮的關(guān)鍵價(jià)值。傾佳電子認(rèn)為,“十五五”時(shí)期將是中國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略與“新型電力系統(tǒng)”建設(shè)從頂層設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向大規(guī)模工程實(shí)踐的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這一歷史性轉(zhuǎn)型將催生對(duì)電力電子產(chǎn)業(yè)前所未有的結(jié)構(gòu)性需求。
傾佳電子的核心論點(diǎn)是,高效、高密度的功率變換技術(shù)是這場(chǎng)能源革命的基石。在此背景下,以碳化硅為核心的第三代半導(dǎo)體功率器件,將從一個(gè)高速增長(zhǎng)的細(xì)分領(lǐng)域,演變?yōu)橹螄?guó)家能源戰(zhàn)略的、不可或缺的基礎(chǔ)性技術(shù)。碳化硅在效率、功率密度和高頻運(yùn)行方面的卓越性能,并非簡(jiǎn)單的增量改進(jìn),而是實(shí)現(xiàn)國(guó)家在能源效率、電網(wǎng)穩(wěn)定性和技術(shù)自主可控等核心目標(biāo)的關(guān)鍵賦能要素。以深圳基本半導(dǎo)體等為代表的本土領(lǐng)軍企業(yè)的崛起,將成為這一時(shí)期產(chǎn)業(yè)格局的決定性特征,其背后是市場(chǎng)需求與國(guó)家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)政策協(xié)同共振的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。
第一章:戰(zhàn)略背景:“十五五”規(guī)劃與電力電子革命的必然性
1.1 “雙碳”目標(biāo):電力電子產(chǎn)業(yè)的核心驅(qū)動(dòng)力
“十五五”規(guī)劃期間,中國(guó)將進(jìn)入實(shí)現(xiàn)2030年“碳達(dá)峰”目標(biāo)的攻堅(jiān)期,這為能源結(jié)構(gòu)的根本性變革設(shè)定了明確的時(shí)間表和戰(zhàn)略方向 。延續(xù)“十四五”期間的政策導(dǎo)向,“十五五”將進(jìn)一步加速能源消費(fèi)從化石能源向非化石能源的轉(zhuǎn)型。既有的政策文件已經(jīng)明確要求大幅提升非化石能源在總消費(fèi)和發(fā)電量中的比重,這一趨勢(shì)在未來(lái)五年將只強(qiáng)不弱,從而為支撐綠色低碳能源體系的技術(shù)創(chuàng)造了巨大的結(jié)構(gòu)性需求 。
目前,中國(guó)已經(jīng)構(gòu)建了碳達(dá)峰、碳中和的“1+N”政策體系,并已采取實(shí)質(zhì)性行動(dòng),如將非化石能源消費(fèi)占比提升至17.5%,并對(duì)存量煤電機(jī)組進(jìn)行節(jié)能降碳改造 ??梢灶A(yù)見(jiàn),“十五五”規(guī)劃將在此基礎(chǔ)上,提出更具雄心的目標(biāo)和更具體的實(shí)施路徑。
國(guó)家的“雙碳”目標(biāo)不僅是一項(xiàng)環(huán)境政策,更是一項(xiàng)全面的經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)升級(jí)戰(zhàn)略。政策文件反復(fù)強(qiáng)調(diào)將綠色轉(zhuǎn)型與“高質(zhì)量發(fā)展”相結(jié)合,這意味著目標(biāo)不僅是減排,更在于通過(guò)轉(zhuǎn)型培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn) 3。電力電子產(chǎn)業(yè),特別是以碳化硅為代表的先進(jìn)功率半導(dǎo)體,正處在這一戰(zhàn)略的交匯點(diǎn)。它們通過(guò)提升從發(fā)電、輸配電到終端消費(fèi)全鏈路的能源效率,直接服務(wù)于“雙碳”目標(biāo)。通過(guò)SiC器件實(shí)現(xiàn)的每一個(gè)百分點(diǎn)的效率提升,都意味著更少的能源浪費(fèi)和碳排放。同時(shí),這本身也催生了一個(gè)高附加值的先進(jìn)制造業(yè),完美契合了國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙重目標(biāo)。因此,電力電子產(chǎn)業(yè)的角色已從傳統(tǒng)的配套支撐,上升為“十五五”經(jīng)濟(jì)愿景的核心支柱之一。
1.2 構(gòu)建新型電力系統(tǒng):電力電子主導(dǎo)的能源網(wǎng)絡(luò)
	
“十五五”期間,中國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)的核心任務(wù)是應(yīng)對(duì)“五高”特征帶來(lái)的挑戰(zhàn):高比例新能源、高比例電力電子設(shè)備、高活躍度創(chuàng)新、高比例新市場(chǎng)主體和高概率極端氣候 1。這一根本性轉(zhuǎn)變意味著電網(wǎng)的運(yùn)行模式將從過(guò)去由同步發(fā)電機(jī)主導(dǎo)的、穩(wěn)定可預(yù)測(cè)的系統(tǒng),轉(zhuǎn)變?yōu)橛纱罅块g歇性、波動(dòng)性電源構(gòu)成的復(fù)系統(tǒng)。
這種波動(dòng)性要求電網(wǎng)必須具備前所未有的靈活性和調(diào)節(jié)能力,其中,以儲(chǔ)能為代表的靈活性資源成為維持電網(wǎng)穩(wěn)定的關(guān)鍵 。連接這些資源與電網(wǎng)的電力電子設(shè)備,如儲(chǔ)能變流器(PCS)和光伏/風(fēng)電逆變器,成為了調(diào)控整個(gè)電網(wǎng)的主要手段。“十四五”規(guī)劃已經(jīng)明確提出要發(fā)展由先進(jìn)儲(chǔ)能和智能電網(wǎng)技術(shù)支撐的“新型電力系統(tǒng)”,而“十五五”將是這些大規(guī)模系統(tǒng)從示范走向全面部署的實(shí)施階段 。
傳統(tǒng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性在很大程度上依賴于大型旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組提供的物理轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。而在新型電力系統(tǒng)中,光伏、風(fēng)電和儲(chǔ)能等資源通過(guò)逆變器等電力電子設(shè)備并網(wǎng),這些設(shè)備本身不具備物理慣量 。因此,整個(gè)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)平衡,完全取決于電力電子接口的控制速度、智能化水平和可靠性。這使得核心功率半導(dǎo)體器件(如SiC MOSFET)的性能,不再僅僅是單個(gè)設(shè)備的效率指標(biāo),而是直接關(guān)系到國(guó)家能源安全的系統(tǒng)性問(wèn)題。SiC器件更快的開(kāi)關(guān)速度、更低的損耗和更優(yōu)越的控制特性,使其成為有效管理未來(lái)復(fù)雜電網(wǎng)動(dòng)態(tài)、保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要技術(shù)支撐。
1.3 技術(shù)自主可控:國(guó)產(chǎn)SiC產(chǎn)業(yè)的政策東風(fēng)
	
在當(dāng)前復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境下,能源安全與“科技自立自強(qiáng)”已被提升至國(guó)家戰(zhàn)略的最高層面 。“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃明確提出,要“補(bǔ)強(qiáng)短板”,解決在關(guān)鍵零部件、基礎(chǔ)材料和專用軟件等方面對(duì)國(guó)外的依賴問(wèn)題 。
在這一戰(zhàn)略指引下,以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體被定位為“前瞻性、顛覆性技術(shù)”,是國(guó)家重點(diǎn)扶持和攻關(guān)的領(lǐng)域 。這意味著本土SiC產(chǎn)業(yè)鏈,從上游的襯底材料到下游的器件制造與應(yīng)用,都將獲得包括研發(fā)資金、市場(chǎng)準(zhǔn)入和產(chǎn)業(yè)政策在內(nèi)的全方位支持。
供應(yīng)鏈安全已成為國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的首要考量 。在“十五五”期間,國(guó)家電網(wǎng)、大型新能源基地、數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵能源基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),將極大地傾向于采用國(guó)產(chǎn)核心元器件,以規(guī)避地緣政治風(fēng)險(xiǎn)和供應(yīng)鏈中斷的威脅。這將為本土SiC企業(yè)創(chuàng)造一個(gè)巨大的、具有一定保護(hù)性的高增長(zhǎng)市場(chǎng)。這種非市場(chǎng)的戰(zhàn)略性拉動(dòng),將有力地幫助如基本半導(dǎo)體等本土領(lǐng)軍企業(yè)加速擴(kuò)大市場(chǎng)份額,即使在面對(duì)擁有技術(shù)或成本優(yōu)勢(shì)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手時(shí)也能獲得發(fā)展空間?;景雽?dǎo)體的股東結(jié)構(gòu)中已出現(xiàn)中國(guó)中車、三峽能源、廣汽資本等國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)資本的身影,這正是產(chǎn)業(yè)與國(guó)家戰(zhàn)略深度綁定的早期信號(hào),為其未來(lái)的市場(chǎng)拓展和規(guī)?;l(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的保障 。
第二章:關(guān)鍵領(lǐng)域影響分析:新能源、儲(chǔ)能及其他
2.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS):電網(wǎng)靈活性的核心支柱
	

儲(chǔ)能是解決新能源并網(wǎng)波動(dòng)性的關(guān)鍵技術(shù),而儲(chǔ)能變流器(PCS)作為連接電池與電網(wǎng)的核心,其性能直接決定了整個(gè)儲(chǔ)能電站的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。“十五五”期間,隨著儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的爆發(fā)式增長(zhǎng),對(duì)PCS的效率和功率密度要求將達(dá)到前所未有的高度 。
SiC功率器件的應(yīng)用為PCS帶來(lái)了革命性的性能提升。實(shí)證數(shù)據(jù)顯示,在125 kW工商業(yè)儲(chǔ)能PCS中,以SiC模塊替代傳統(tǒng)IGBT模塊,可實(shí)現(xiàn)顯著的經(jīng)濟(jì)效益 。
表1:SiC在125kW儲(chǔ)能PCS中的性能與經(jīng)濟(jì)影響
| 指標(biāo) | 基于IGBT的PCS | 基于SiC的PCS | 量化提升 | 
|---|---|---|---|
| 平均效率 | 約98% | >99% | 提升1%+ | 
| 模塊功率密度 | 基準(zhǔn) | 基準(zhǔn) x 1.25 | 提升25%+ | 
| 系統(tǒng)尺寸 (示例) | 780x220x485mm | 680x220x520mm | 體積更緊湊 | 
| 系統(tǒng)初始成本 | 基準(zhǔn) | 降低5% | 降低5% | 
| 投資回報(bào)周期 | 基準(zhǔn) | 縮短2-4個(gè)月 | 縮短2-4個(gè)月 | 
在具體產(chǎn)品選型上,針對(duì)125 kW的PCS,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者既可以選擇采用24顆1200V/13mΩ的SiC MOSFET分立器件(如B3M012C120Z)并聯(lián)的方案,也可以選擇采用4個(gè)1200V/5.5mΩ的SiC半橋功率模塊(如BMF240R12E2G3)的方案,體現(xiàn)了SiC技術(shù)應(yīng)用的靈活性 。
儲(chǔ)能項(xiàng)目的盈利能力對(duì)往返效率和初始投資成本(CapEx)極為敏感。SiC帶來(lái)的超過(guò)1%的效率提升,在項(xiàng)目長(zhǎng)達(dá)10-15年的生命周期內(nèi),通過(guò)能量套利和輔助服務(wù)能夠創(chuàng)造可觀的額外收入 。更重要的是,功率密度提升25%以上,直接降低了系統(tǒng)集成(BOS)成本,包括更小的機(jī)柜、更簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)和更少的占地面積,而這些BOS成本占據(jù)了項(xiàng)目總成本的很大一部分。通過(guò)同時(shí)提升運(yùn)營(yíng)收入(效率)和降低初始投資(密度),SiC從根本上改善了儲(chǔ)能項(xiàng)目的商業(yè)模型,這將極大加速其在“十五五”期間的部署速度。
2.2 新能源發(fā)電(光伏與風(fēng)電)
	


對(duì)于光伏和風(fēng)電等新能源發(fā)電形式,逆變器是將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能并入電網(wǎng)的核心設(shè)備。逆變器的效率每提高一個(gè)百分點(diǎn),就意味著同一套發(fā)電資產(chǎn)能夠向電網(wǎng)輸送更多的電量,這直接增加了項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)商的收入,并降低了平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)。
SiC MOSFET憑借其卓越的高頻、高效性能,已成為新一代光伏逆變器的首選技術(shù)。例如,基本半導(dǎo)體的B3M020120ZL等型號(hào)被明確推薦用于光伏逆變器應(yīng)用 。SiC器件的低開(kāi)關(guān)損耗特性允許逆變器工作在更高的開(kāi)關(guān)頻率,這使得內(nèi)部的電感、電容等磁性元件可以做得更小、更輕,從而大幅提升逆變器的功率密度,降低制造成本和安裝難度
“十五五”期間,中國(guó)將繼續(xù)推進(jìn)大規(guī)模新能源基地(如沙漠、戈壁、荒漠地區(qū))和海上風(fēng)電的建設(shè) 1。在這些動(dòng)輒吉瓦級(jí)的項(xiàng)目中,系統(tǒng)效率的微小差異都會(huì)被放大。SiC逆變器帶來(lái)的效率提升直接增加了年發(fā)電量。同時(shí),其高功率密度特性對(duì)于重量和空間極其敏感的海上風(fēng)電平臺(tái),以及空間有限的分布式屋頂光伏項(xiàng)目尤為關(guān)鍵。因此,SiC技術(shù)不僅是在提升效率,更是在通過(guò)降低單位瓦特的總安裝成本,加速可再生能源實(shí)現(xiàn)全面平價(jià)上網(wǎng)的進(jìn)程。
2.3 電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施與電能質(zhì)量
	
隨著高比例的逆變器并網(wǎng),電網(wǎng)中的諧波污染問(wèn)題日益突出,嚴(yán)重影響電能質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定性。有源電力濾波器(APF)是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵設(shè)備,其作用是實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波,凈化電網(wǎng)環(huán)境。
SiC器件的應(yīng)用使APF的性能實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示,與傳統(tǒng)的IGBT方案相比,采用SiC的APF體積可減小超過(guò)50%,重量減輕超過(guò)40%,而整機(jī)效率則從普遍的97%左右提升至高達(dá)99% 。在產(chǎn)品選型上,一個(gè)150A的APF推薦使用3個(gè)SiC半橋模塊(如BMF240R12E2G3),展示了模塊化方案在電能質(zhì)量設(shè)備中的應(yīng)用潛力 。
電網(wǎng)的穩(wěn)定性是國(guó)家能源安全的基石?!笆逦濉逼陂g大規(guī)模的新能源接入,必然伴隨著巨大的電能質(zhì)量治理需求。傳統(tǒng)APF設(shè)備笨重、損耗高,限制了其大規(guī)模部署。SiC技術(shù)帶來(lái)的性能飛躍,使得在變電站、工業(yè)園區(qū)、數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)大規(guī)模部署高效、緊湊的APF成為可能。更高的效率也意味著APF設(shè)備自身能耗更低,有助于降低電網(wǎng)的整體碳足跡。因此,基于SiC的APF是為新能源轉(zhuǎn)型“保駕護(hù)航”的關(guān)鍵技術(shù)裝備。
2.4 電氣化生態(tài)系統(tǒng):充電設(shè)施與工業(yè)升級(jí)
	
電動(dòng)汽車充電設(shè)施:為支撐日益增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車保有量,“十五五”期間必然要求建設(shè)一個(gè)覆蓋廣泛、充電快速的高功率充電網(wǎng)絡(luò) 3。SiC器件是實(shí)現(xiàn)高效、高功率密度充電模塊的核心技術(shù)。對(duì)于一個(gè)60kW的雙向充電模塊,采用全SiC拓?fù)洌ɡ缡褂?個(gè)BMF240R12E2G3模塊)已成為推薦方案,這有助于提升充電效率,縮小充電樁體積 。
工業(yè)應(yīng)用升級(jí):提升工業(yè)能效是國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的重要組成部分。在逆變焊機(jī)等高頻工業(yè)設(shè)備中,SiC的優(yōu)勢(shì)尤為突出。量化對(duì)比顯示,采用SiC(開(kāi)關(guān)頻率70kHz)的焊機(jī)可輕松達(dá)到一級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)(效率>90%),而傳統(tǒng)IGBT焊機(jī)(開(kāi)關(guān)頻率20kHz)通常只能達(dá)到二級(jí)能效(效率約86%)。這帶來(lái)了約9.8%的顯著節(jié)電效果,僅需運(yùn)行60至110天,節(jié)省的電費(fèi)就足以收回購(gòu)買一臺(tái)新SiC焊機(jī)的成本 。
“十五五”的能源戰(zhàn)略不僅關(guān)注清潔發(fā)電,同樣重視降低終端能耗。電動(dòng)汽車充電樁和工業(yè)焊機(jī)的案例生動(dòng)地展示了SiC如何成為需求側(cè)能效提升的催化劑。對(duì)充電樁而言,更高的效率意味著更少的電能以熱量形式浪費(fèi),降低了充電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本。對(duì)工業(yè)領(lǐng)域而言,焊機(jī)的例子提供了一個(gè)極具說(shuō)服力的范本:SiC帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)成本節(jié)約是如此顯著,以至于為工業(yè)設(shè)備的更新?lián)Q代創(chuàng)造了極具吸引力的、快速的投資回報(bào)。這將推動(dòng)一輪廣泛的工業(yè)電氣化和能效升級(jí)浪潮,從需求側(cè)為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做出重要貢獻(xiàn)。
第三章:SiC功率器件的關(guān)鍵價(jià)值:技術(shù)深度解析
	
3.1 SiC相較于硅的根本優(yōu)勢(shì)
碳化硅之所以被譽(yù)為第三代半導(dǎo)體的核心材料,源于其遠(yuǎn)超傳統(tǒng)硅材料的物理特性。這些特性賦予了SiC功率器件在性能上的代際優(yōu)勢(shì)。
表2:碳化硅(SiC)與硅(Si)核心材料屬性對(duì)比
| 屬性 | 硅 (Si) | 碳化硅 (4H-SiC) | 倍數(shù)差異 (SiC vs. Si) | 對(duì)功率器件的意義 | 
|---|---|---|---|---|
| 禁帶寬度 ($E_g$) | 1.12 eV | 3.26 eV | $approx$ 3倍 | 更低漏電流,更高工作溫度,更低損耗 | 
| 臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng) ($E_c$) | $approx$ 0.3 MV/cm | $approx$ 3.0 MV/cm | $approx$ 10倍 | 可制造更高耐壓、更薄、更低導(dǎo)通電阻的器件 | 
| 熱導(dǎo)率 ($lambda$) | $approx$ 1.5 W/cm·K | $approx$ 4.5 W/cm·K | $approx$ 3倍 | 優(yōu)異的散熱能力,簡(jiǎn)化冷卻系統(tǒng),提高可靠性 | 
| 電子飽和漂移速率 ($v_{sat}$) | $approx$ 1.0 x $10^7$ cm/s | $approx$ 2.0 x $10^7$ cm/s | $approx$ 2倍 | 更快的開(kāi)關(guān)速度,支持更高工作頻率 | 
這些優(yōu)越的材料特性,直接轉(zhuǎn)化為功率器件層面的性能飛躍,使得SiC器件能夠?qū)崿F(xiàn)比硅器件更高的電壓、更高的頻率、更高的效率和更高的溫度,同時(shí)體積更小。
3.2 SiC MOSFET 與 Si IGBT:性能量化基準(zhǔn)
	
在電力電子應(yīng)用中,SiC MOSFET正逐步取代傳統(tǒng)的Si IGBT,成為中高壓領(lǐng)域的首選。其優(yōu)勢(shì)可通過(guò)關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行量化對(duì)比。
導(dǎo)通損耗 ($R_{DS(on)}$):雖然IGBT在極高電流下的飽和壓降可能更低,但SiC MOSFET在絕大多數(shù)應(yīng)用(如電動(dòng)汽車)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的中低負(fù)載區(qū)間,表現(xiàn)出更低的導(dǎo)通電阻,從而具有更低的導(dǎo)通損耗 16?;景雽?dǎo)體的第三代(B3M)芯片相比前代和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,在導(dǎo)通電阻的一致性和溫度穩(wěn)定性方面表現(xiàn)更優(yōu) 。
開(kāi)關(guān)損耗 ($E_{on}$, $E_{off}$):這是SiC最核心的優(yōu)勢(shì)。IGBT作為雙極型器件,在關(guān)斷時(shí)存在明顯的“拖尾電流”,導(dǎo)致巨大的關(guān)斷損耗 ($E_{off}$) 。而SiC MOSFET作為單極型器件,幾乎沒(méi)有拖尾電流,開(kāi)關(guān)速度極快。
表3:SiC MOSFET與IGBT在高頻工業(yè)應(yīng)用中的性能對(duì)比
| 應(yīng)用場(chǎng)景 | 技術(shù)方案 | 開(kāi)關(guān)頻率 | 單器件總損耗 | 系統(tǒng)效率 | 
|---|---|---|---|---|
| 20kW 逆變焊機(jī) | Si IGBT | 20 kHz | $approx$ 150 W | $approx$ 97.1% (2級(jí)能效) | 
| 20kW 逆變焊機(jī) | SiC MOSFET | 80 kHz | $approx$ 80 W | > 98.6% (1級(jí)能效) | 
如上表所示,在逆變焊機(jī)應(yīng)用中,將開(kāi)關(guān)頻率從IGBT的20 kHz提升至SiC的80 kHz(提升4倍),單器件總損耗反而降低了近50% 12。具體到器件層面,基本半導(dǎo)體的B3M040120Z SiC MOSFET與業(yè)界領(lǐng)先的Cree(Wolfspeed)同類產(chǎn)品相比,其關(guān)斷損耗低30%,總開(kāi)關(guān)損耗在室溫下低%,且在高溫下優(yōu)勢(shì)更為明顯 。
品質(zhì)因數(shù) (FOM = $R_{DS(on)} times Q_G$):該指標(biāo)綜合了導(dǎo)通性能($R_{DS(on)}$)和開(kāi)關(guān)性能(柵極電荷$Q_G$)。更低的FOM值代表更優(yōu)的綜合能效。基本半導(dǎo)體的B3M系列器件相比其上一代產(chǎn)品及主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,展現(xiàn)出更優(yōu)的FOM值,證明了其在技術(shù)上的進(jìn)步 。
SiC的性能優(yōu)勢(shì)并非在所有工況下都均等,其價(jià)值在需要高開(kāi)關(guān)頻率的應(yīng)用中被最大化。低開(kāi)關(guān)損耗不僅直接節(jié)約了能量,更關(guān)鍵的是,它允許設(shè)計(jì)者將系統(tǒng)的工作頻率提升數(shù)倍。頻率的提升使得系統(tǒng)中的電感、電容等無(wú)源元件的體積、重量和成本得以大幅縮減。因此,SiC的顛覆性價(jià)值不僅在于器件本身的節(jié)能,更在于它所帶來(lái)的整個(gè)電力變換系統(tǒng)的成本、尺寸和重量的革命性優(yōu)化。這正是其在光伏逆變器、車載充電機(jī)和各類電源中成為顛覆性技術(shù)的核心原因。
3.3 成熟的SiC生態(tài)系統(tǒng):從芯片到解決方案
	



隨著產(chǎn)業(yè)的成熟,領(lǐng)先的SiC企業(yè)已不再僅僅是銷售分立器件,而是致力于提供完整、易用的系統(tǒng)級(jí)解決方案。
基本半導(dǎo)體的產(chǎn)品布局是這一趨勢(shì)的典型代表。其產(chǎn)品組合不僅覆蓋了核心的SiC MOSFET分立器件 12 和SiC肖特基二極管(SBD),還包括了采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝(如34mm、62mm、E1B、E2B)的高度集成的功率模塊 12。更重要的是,公司還提供了一系列關(guān)鍵的配套芯片,包括隔離柵極驅(qū)動(dòng)芯片(如BTD5350MCWR)、驅(qū)動(dòng)電源芯片(如BTP1521F)以及專用隔離變壓器(如TR-P15DS23-EE13),形成了一個(gè)完整的解決方案生態(tài) 。
一個(gè)完整的本土化解決方案生態(tài)系統(tǒng),是推動(dòng)SiC技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵加速器。由于SiC器件開(kāi)關(guān)速度極快,其驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和電路布局比傳統(tǒng)硅器件更為復(fù)雜,對(duì)電磁干擾(EMI)和電壓過(guò)沖的控制要求更高。通過(guò)提供經(jīng)過(guò)充分測(cè)試和驗(yàn)證的全套組件(芯片、模塊、驅(qū)動(dòng)、電源),像基本半導(dǎo)體這樣的公司極大地降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師的應(yīng)用門檻。這種“交鑰匙”式的解決方案,不僅縮短了客戶產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和上市時(shí)間,也確保了SiC芯片的優(yōu)異性能能夠在最終系統(tǒng)中得到充分發(fā)揮。這種生態(tài)系統(tǒng)的成熟度,標(biāo)志著中國(guó)SiC產(chǎn)業(yè)已經(jīng)為迎接“十五五”期間的大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。
	
第四章:市場(chǎng)動(dòng)態(tài)與競(jìng)爭(zhēng)格局(2026-2030)
4.1 量化機(jī)遇:全球與中國(guó)市場(chǎng)預(yù)測(cè)
在電動(dòng)汽車和新能源產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁拉動(dòng)下,全球SiC功率器件市場(chǎng)正迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。
全球市場(chǎng):根據(jù)Yole Group的預(yù)測(cè),全球SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模將從2023年的27億美元增長(zhǎng)至2029年的超過(guò)100億美元,復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)約為25% 。其中,汽車應(yīng)用預(yù)計(jì)將占據(jù)70%至80%的市場(chǎng)份額,成為最主要的增長(zhǎng)引擎 。
中國(guó)市場(chǎng):中國(guó)的SiC市場(chǎng)增速更為迅猛。據(jù)預(yù)測(cè),2024年至2029年,中國(guó)SiC功率器件市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率將高達(dá)43.9%,市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在2029年達(dá)到428億元人民幣(約合60億美元)。屆時(shí),SiC在中國(guó)整體功率器件市場(chǎng)的滲透率將從2024年的5.4%躍升至19.0% 。
表4:中國(guó)SiC功率器件市場(chǎng)預(yù)測(cè)(2024-2029年)
| 年份 | 市場(chǎng)規(guī)模(人民幣十億元) | 年復(fù)合增長(zhǎng)率 (CAGR) | 在功率器件市場(chǎng)中的滲透率 | 
|---|---|---|---|
| 2024 (E) | 10.1 | - | 5.4% | 
| 2029 (P) | 42.8 | 43.9% (2024-2029) | 19.0% | 
“十五五”期間,SiC技術(shù)將在中國(guó)從一個(gè)新興的細(xì)分市場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣β拾雽?dǎo)體的主流技術(shù)之一。屆時(shí),中國(guó)單一市場(chǎng)的規(guī)模將可能超過(guò)幾年前的全球市場(chǎng)總量。2029年中國(guó)市場(chǎng)約60億美元的預(yù)測(cè)規(guī)模,已遠(yuǎn)超2023年全球27億美元的市場(chǎng)體量 。這表明中國(guó)不僅是SiC產(chǎn)業(yè)的參與者,更將成為全球最核心的需求中心。由“十五五”能源與電動(dòng)汽車政策驅(qū)動(dòng)的龐大內(nèi)需,為本土SiC企業(yè)提供了實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)、挑戰(zhàn)國(guó)際巨頭的獨(dú)特主場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。
4.2 本土力量崛起與國(guó)產(chǎn)化浪潮
在國(guó)家戰(zhàn)略的推動(dòng)下,中國(guó)正在SiC全產(chǎn)業(yè)鏈上加速國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程,從上游的襯底材料到下游的器件和模塊,本土企業(yè)正在迅速崛起。
上游襯底材料:中國(guó)企業(yè)已在全球市場(chǎng)中占據(jù)重要地位。例如,天岳先進(jìn)在2024年已成為全球第二大導(dǎo)電型SiC襯底供應(yīng)商,市場(chǎng)份額達(dá)到22.8% 。
中下游器件與模塊:國(guó)內(nèi)器件領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)格局日趨活躍,涌現(xiàn)出包括IDM(整合元件制造商)、設(shè)計(jì)公司和代工廠在內(nèi)的眾多參與者?;景雽?dǎo)體將自身定位為具備晶圓制造和模塊封裝能力的“第一梯隊(duì)”企業(yè),在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了有利位置 。
SiC產(chǎn)業(yè)已成為中國(guó)實(shí)現(xiàn)“科技自立自強(qiáng)”戰(zhàn)略的關(guān)鍵領(lǐng)域。目前,中國(guó)正采取雙軌并行的策略:一方面,大力扶持像天岳先進(jìn)和基本半導(dǎo)體這樣的本土龍頭企業(yè);另一方面,也積極推動(dòng)如意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)等國(guó)際領(lǐng)軍企業(yè)在中國(guó)設(shè)立合資公司,實(shí)現(xiàn)本地化生產(chǎn) 。這一策略旨在快速提升國(guó)內(nèi)的制造能力和技術(shù)水平?!笆逦濉逼陂g,這意味著下游應(yīng)用企業(yè)(如電動(dòng)汽車制造商和電網(wǎng)公司)將擁有多個(gè)可供選擇的“本土”供應(yīng)商,包括純內(nèi)資企業(yè)和中外合資企業(yè)。這將加劇市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),推動(dòng)成本下降,并加速對(duì)進(jìn)口硅基IGBT及國(guó)外SiC器件的替代,最終實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵元器件供應(yīng)鏈安全可控的國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)。
4.3 案例分析:基本半導(dǎo)體的戰(zhàn)略定位
	

基本半導(dǎo)體的發(fā)展路徑,是中國(guó)本土SiC企業(yè)成功戰(zhàn)略的一個(gè)縮影。
技術(shù)與產(chǎn)品:公司擁有清晰的技術(shù)路線圖,其第三代(B3M)SiC MOSFET產(chǎn)品在與Wolfspeed、英飛凌等國(guó)際巨頭的對(duì)標(biāo)測(cè)試中,展現(xiàn)出極具競(jìng)爭(zhēng)力的性能 。其全面的產(chǎn)品組合覆蓋了從分立器件到功率模塊,再到驅(qū)動(dòng)和電源芯片的完整生態(tài)系統(tǒng),能夠?yàn)榭蛻籼峁┮徽臼浇鉀Q方案 。
市場(chǎng)應(yīng)用:公司已成功進(jìn)入國(guó)內(nèi)外多家主流汽車廠商和一級(jí)供應(yīng)商的供應(yīng)鏈,配套的多款車型已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn) 12。在工業(yè)領(lǐng)域,其產(chǎn)品也已成為光伏、儲(chǔ)能、焊機(jī)等行業(yè)客戶的首選品牌之一 。
戰(zhàn)略協(xié)同:公司的股東結(jié)構(gòu)中包含了中國(guó)中車、廣汽集團(tuán)、三峽能源、深投控等關(guān)鍵領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)資本和國(guó)有資本,這表明其發(fā)展與國(guó)家戰(zhàn)略方向高度一致,能夠獲得來(lái)自產(chǎn)業(yè)鏈上下游和資本層面的強(qiáng)大支持 。
基本半導(dǎo)體的成功模式——以強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力為基礎(chǔ),構(gòu)建完整的產(chǎn)品生態(tài),并與國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)深度融合——為本土企業(yè)如何在“十五五”期間抓住歷史機(jī)遇、實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化提供了范本。該公司不僅是在銷售元器件,更是將自身嵌入到中國(guó)最具戰(zhàn)略意義的產(chǎn)業(yè)鏈(汽車、軌道交通、新能源)之中。與主流車企的深度合作,為其帶來(lái)了長(zhǎng)期、穩(wěn)定的大批量訂單,這不僅是銷售收入,更是支撐其持續(xù)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)能擴(kuò)張的基石。這種與下游“國(guó)家隊(duì)”企業(yè)形成的共生關(guān)系,構(gòu)建了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)壁壘。
第五章:戰(zhàn)略展望與建議
	



5.1 未來(lái)五年的關(guān)鍵趨勢(shì)(2026-2030)
向8英寸晶圓過(guò)渡:為降低成本,全行業(yè)將加速?gòu)?英寸向8英寸SiC晶圓的遷移。中國(guó)襯底供應(yīng)商在此領(lǐng)域已展現(xiàn)出強(qiáng)大的潛力,甚至開(kāi)始演示12英寸技術(shù),這將成為未來(lái)成本競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵 。
成本競(jìng)爭(zhēng)加劇:隨著更多本土廠商產(chǎn)能的釋放,尤其是在工業(yè)級(jí)市場(chǎng),價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)將日趨激烈。能否在要求高可靠性的汽車和電網(wǎng)領(lǐng)域鎖定長(zhǎng)期訂單,將是決定企業(yè)盈利能力的關(guān)鍵。
供應(yīng)鏈全面國(guó)產(chǎn)化:從SiC粉料、外延生長(zhǎng)到芯片制造和模塊封裝,構(gòu)建完全自主可控的供應(yīng)鏈將是“十五五”期間的重中之重,也是衡量產(chǎn)業(yè)發(fā)展成功與否的核心指標(biāo)。
模塊級(jí)創(chuàng)新:競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)將進(jìn)一步從分立器件轉(zhuǎn)向高度集成的智能功率模塊。這些模塊將集成驅(qū)動(dòng)、傳感、保護(hù)和先進(jìn)散熱技術(shù),以最大化SiC在系統(tǒng)層面的價(jià)值。
	





5.2 對(duì)行業(yè)相關(guān)方的建議
	深圳市傾佳電子有限公司(簡(jiǎn)稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動(dòng)者:
	傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務(wù)聚焦三大方向:
	新能源:覆蓋光伏、儲(chǔ)能、充電基礎(chǔ)設(shè)施;
	交通電動(dòng)化:服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機(jī))及高壓平臺(tái)升級(jí);
	數(shù)字化轉(zhuǎn)型:支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應(yīng)用。
	公司以“推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC替代進(jìn)口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應(yīng)國(guó)家“雙碳”政策(碳達(dá)峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。
	需求SiC碳化硅MOSFET單管及功率模塊,配套驅(qū)動(dòng)板及驅(qū)動(dòng)IC,請(qǐng)?zhí)砑觾A佳電子楊茜微芯(壹叁貳 陸陸陸陸 叁叁壹叁)
對(duì)于投資者:應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注那些具備明確規(guī)?;窂?、與下游戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)(電動(dòng)汽車、電網(wǎng)、儲(chǔ)能)深度綁定,并擁有核心技術(shù)護(hù)城河(如襯底生長(zhǎng)技術(shù)、先進(jìn)封裝工藝)的企業(yè)。從上游材料到下游器件的整個(gè)價(jià)值鏈都存在投資機(jī)會(huì) 。
對(duì)于SiC制造商:必須持續(xù)加大研發(fā)投入,保持技術(shù)領(lǐng)先(如溝槽柵MOSFET、更低導(dǎo)通電阻)。圍繞核心器件構(gòu)建完善的“解決方案生態(tài)”,降低客戶的應(yīng)用門檻。同時(shí),與國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)襯底供應(yīng)商簽訂長(zhǎng)期供貨協(xié)議,以鎖定成本并保障產(chǎn)能擴(kuò)張的順利進(jìn)行。
對(duì)于系統(tǒng)集成商(PCS、逆變器、車企等):應(yīng)積極與國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的SiC供應(yīng)商建立戰(zhàn)略合作關(guān)系,共同設(shè)計(jì)下一代電力電子系統(tǒng)。充分利用SiC高頻、高密度的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì),打造具有更低全生命周期成本和更高性能的差異化產(chǎn)品。
	對(duì)于政策制定者:在繼續(xù)通過(guò)研發(fā)項(xiàng)目(如“揭榜掛帥”)支持技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí),應(yīng)將政策重心更多地向需求側(cè)傾斜。例如,制定和推行鼓勵(lì)高能效設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn),并在電力輔助服務(wù)等市場(chǎng)機(jī)制中,為SiC系統(tǒng)所具備的快速響應(yīng)能力提供應(yīng)有的價(jià)值回報(bào),從而通過(guò)市場(chǎng)化手段引導(dǎo)技術(shù)升級(jí) 。
	審核編輯 黃宇
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