Xu hướng thịnh hành SiC, GaN trong công nghệ bán dẫn cho xe điện năng lượng mới

Hệ thống điện tử công suất đóng vai trò không thể thiếu trong xe điện sử dụng năng lượng mới (NEV). Hệ thống này có nhiệm vụ quản lý và điều khiển dòng điện trong xe, từ việc điều chỉnh tốc độ và sức kéo của động cơ đến việc cung cấp điện cho các hệ thống khác như điều hòa, đèn chiếu sáng và hệ thống giải trí. Sử dụng hệ thống điện tử công suất hiệu quả hơn sẽ giúp xe điện di chuyển được quãng đường xa hơn bằng cách giảm thiểu năng lượng hao phí trong quá trình chuyển đổi từ pin. Đồng thời, chúng cũng nâng cao hiệu suất bằng cách xử lý dòng điện và điện áp cao hơn, cung cấp thêm năng lượng cho động cơ.

Xu hướng điện tử công suất mới cho xe điện

Ngày nay, các quốc gia tiên phong hướng đến mục tiêu NetZero đang coi xe điện như một giải pháp tối ưu. Nhiều quốc gia đang đẩy mạnh nghiên cứu phát triển dòng xe điện như Trung Quốc, Mỹ, Hàn Quốc, Na Uy,…

Trong đó, Trung Quốc còn là quốc gia đang dẫn đầu thế giới về sản lượng, công nghệ pin và hệ sinh thái xe điện. Theo Carsnewchina, trong giai đoạn 8 tháng đầu năm 2024, doanh số bán xe NEV của Trung Quốc chiếm 67% thị phần toàn cầu, trong đó từ tháng 7 đến tháng 8 đạt tới 73%. Đối với thị trường xe điện thuần túy và xe plug-in hybrid, thị phần của Trung Quốc đã ổn định ở mức lần lượt là 62% và 77%.

Chỉ tính nửa đầu năm 2025, tỷ lệ xe điện của Trung Quốc chiếm tới 46,6% trên toàn cầu nhờ một loạt chính sách như đổi xe xăng lấy xe điện, ưu đãi giá, thuế mua xe và chính sách hạ tầng sạc xe điện,… Không chỉ thị trường trong nước, các dòng xe NEV của Trung Quốc còn có khả năng cạnh tranh về giá ở thị trường nước ngoài.

Để đáp ứng nhu cầu phát triển xe điện năng lượng mới, nhiều công ty bán dẫn đã tăng cường đầu tư vào R&D, thúc đẩy sự đổi mới và đột phá liên tục trong công nghệ bán dẫn WBG nhằm cung cấp giải pháp điện tử công suất tối ưu cho xe điện. Các xu hướng mới ngày nay được biết đến là Silicon carbide (SiC), đã được ứng dụng trong một số mẫu xe điện hiện nay và hứa hẹn sẽ trở nên phổ biến hơn trong tương lai gần.

Gallium nitride (GaN), một vật liệu bán dẫn công suất mới cũng đang được phát triển và ứng dụng trên xe hơi. Cả hai vật liệu này đều cho hiệu suất vượt trội so với silicon truyền thống (Si). Ngoài ra, các vật liệu mới này còn có tiềm năng cải thiện hiệu suất của các linh kiện điện tử công suất thụ động như cuộn cảm và tụ điện, đồng thời nâng cao khả năng tản nhiệt, một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống điện tử công suất.

Power Integrations, Inc, nhà cung cấp công nghệ bán dẫn hàng đầu cho chuyển đổi năng lượng sạch đến từ Mỹ. Từ năm 2018, Power Integrations, Inc đã sở hữu các công nghệ tiết kiệm năng lượng như công nghệ GaN - PowiGaN™ và công nghệ tiết kiệm năng lượng EcoSmart™, trong đó có phục vụ cho xe điện. Power Integrations hiện là nhà cung cấp thiết bị GaN cho chuyển đổi nguồn lớn nhất thế giới.

Ông Peter Vaughan, Giám đốc mảng Sản phẩm Ô tô của Power Integrations, Inc cho biết: “Ngành công nghiệp ô tô luôn hướng đến kích thước, chi phí và hiệu suất. GaN trực tiếp đáp ứng những mục tiêu đó. Ví dụ, các sản phẩm IC công suất InnoSwitch3-AQ dựa trên PowiGaN 900 V của chúng tôi đã thay thế các giải pháp dựa trên MOSFET Silicon, cho phép diện tích tản nhiệt nhỏ hơn và cung cấp công suất cao hơn. Điều này hoàn hảo cho sự gia tăng trong thiết kế PHEV và REX, giúp tăng nhiệt độ môi trường của bộ biến tần”.

InnoSwitch3-AQ là một trong sản phẩm cải tiến của Power Integrations cho phép diện tích tản nhiệt nhỏ hơn và cung cấp công suất cao hơn, giúp biến tần hoạt động hiệu quả. Nguồn: Power Integrations, Inc

GaN ngày nay được xem như một giải pháp tối ưu để giải quyết thách thức về giảm chi phí và thu nhỏ kích thước của hệ thống điện tử công suất mà vẫn đảm bảo hiệu suất và độ bền cao.

ROHM, nhà sản xuất chất bán dẫn và linh kiện điện tử nổi tiếng của Nhật Bản, với 60 năm hoạt động. ROHM đã đầu tư mạnh vào thiết bị bán dẫn, trong đó nổi bật là các thiết bị nguồn SiC. * EcoSiC™ hiện nay là nhãn hiệu đã được ROHM đăng ký. Năm 2025, ROHM đã ra mắt SiC "HSDIP20" với cấu trúc 4in1 và 6in1. Dòng sản phẩm này rất phù hợp cho các ứng dụng như bộ chuyển đổi PFC và LLC trong bộ sạc tích hợp xEV (xe điện) (OBC).

Dòng HSDIP20 bao gồm 6 mẫu (BSTxxx1P4K01) với điện áp chịu được 750V và 7 mẫu (BSTxxx2P4K01) với điện áp chịu được 1200V. Bằng cách tích hợp các mạch cơ bản cần thiết cho các ứng dụng công suất cao khác nhau vào một gói mô-đun nhỏ, nó có thể giảm thời gian thiết kế của khách hàng một cách hiệu quả và góp phần thu nhỏ các mạch chuyển đổi công suất trong các ứng dụng bộ sạc dành cho NEV.

EcoSiC™ là dòng sản phẩm của ROHM phù hợp cho các ứng dụng như bộ chuyển đổi PFC và LLC trong bộ sạc tích hợp xe điện. Nguồn: ROHM

Ông Jin Zhou, Phó tổng Giám đốc Trung tâm Công nghệ của ROHM cho biết: "SiC và GaN mang lại các khả năng vượt trội như mang lại hiệu suất chuyển mạch vượt trội và hiệu suất tần số cao, giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị. Hai công nghệ này đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trên thị trường, từ đó góp phần thiết kế các sản phẩm và hệ thống thân thiện với môi trường giúp giảm lượng khí thải CO2. Do đó, ROHM tăng cường xây dựng hệ thống sản xuất, không chỉ phát triển linh kiện, mà còn cam kết tăng đường kính wafer và nâng cao hiệu quả sản xuất thông qua thiết bị tiên tiến".

Năm 2025, ROHM và Mazda bắt đầu cùng phát triển các linh kiện ô tô sử dụng công nghệ bán dẫn GaN. Trước đó, từ năm 2022, trong khuôn khổ hợp tác phát triển và sản xuất bộ truyền động điện, Mazda và ROHM đã thúc đẩy việc hợp tác phát triển các bộ biến tần được trang bị chất bán dẫn công suất SiC.

Ngoài Power Integrations, Inc hay ROHM, EPC (Efficient Power Conversion) cũng là nhà cung cấp GaN cho NEV nổi tiếng tại thị trường Trung Quốc. Đến nay, EPC đã ra mắt bảy thế hệ công nghệ eGaN®, mỗi thế hệ đều cải thiện hiệu suất, hiệu suất nhiệt và tốc độ chuyển mạch, đồng thời tối ưu hóa cả kích thước và chi phí.

Để hỗ trợ việc áp dụng công nghệ GaN trong ngành, EPC cũng đã thiết lập nền tảng GaN First Time Right™, cung cấp cho các kỹ sư đầy đủ các công cụ thiết kế, hướng dẫn bố trí và ghi chú ứng dụng. Nền tảng này đảm bảo rằng các nhà thiết kế có thể tận dụng tối đa những lợi thế của công nghệ GaN ngay lần đầu tiên họ tích hợp thiết bị GaN vào thiết kế của mình.

Bảng mạch đề mô cho AC/DC; DC-DC nguồn cao áp của EPC dùng trong công nghệ GaN nhằm tăng hiệu suất, giảm kích thước và giảm tiêu hao điện. Nguồn: EPC

“So với các thiết bị dựa trên silicon, các thiết bị GaN của chúng tôi đang được sử dụng trong các bộ chuyển đổi hai chiều công suất cao, mang lại lợi thế về hiệu suất cao hơn, kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, và chi phí thấp hơn. Trong các hệ thống truyền động điện như xe tay ga điện và xe máy điện, công nghệ GaN cho phép truyền động động cơ nhẹ hơn, phản ứng nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Ngoài ra, công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống LiDAR độ phân giải cao tích hợp, hỗ trợ xe tự hành tiên tiến. Độ tin cậy tuyệt vời của chúng là yếu tố then chốt cho việc tránh va chạm và lái xe tự động”, ông Alex Lidow, Tổng Giám đốc Điều hành kiêm Nhà sáng lập EPC nhấn mạnh.

Theo các chuyên gia về xe điện, biến tần, bộ chuyển đổi DC/DC và bộ sạc là những thành phần quan trọng trong hệ thống điện tử công suất của xe điện và vẫn còn nhiều dư địa để cải tiến. Các linh kiện cấu thành nên chúng như bán dẫn công suất, mô-đun công suất, bộ điều khiển cổng, tụ điện, bộ tản nhiệt, thanh dẫn và linh kiện từ tính đều có thể được nâng cấp để đạt hiệu suất cao hơn, kích thước nhỏ gọn hơn, trọng lượng nhẹ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

Nhiều nhà sản xuất ô tô và các nhà cung cấp linh kiện đang phát triển hệ thống điện 800 volt cho xe điện thế hệ mới, thậm chí có thể lên tới 1.200 volt. Do đó, chất bán dẫn SiC với độ dẫn điện tốt hơn và cho phép tần số chuyển mạch cao hơn, sạc nhanh hơn cho EV, đồng thời đảm bảo rằng ít năng lượng hơn bị tiêu tán dưới dạng nhiệt là lựa chọn tốt.

Thị trường xe điện thế hệ mới tại Việt Nam và tiềm năng ứng dụng SiC, GaN

Tại Việt Nam, ngày 22/7/2022, Thủ tướng Chính phủ đã ký ban hành Quyết định số 876/QĐ-TTg phê duyệt Chương trình hành động về chuyển đổi năng lượng xanh, giảm phát thải khí các-bon và khí mê-tan của ngành Giao thông vận tải. Chương trình đề ra lộ trình chuyển đổi năng lượng xanh với từng phương thức vận tải, đồng thời yêu cầu huy động tối đa mọi nguồn lực để thực hiện các nhiệm vụ, giải pháp giảm phát thải khí nhà kính, chuyển đổi năng lượng xanh trong ngành Giao thông vận tải từ nay đến năm 2050.

Ngày 18/11/2024, UBND thành phố Hà Nội ban hành Quyết định số 6004/QĐ-UBND về việc phê duyệt “Đề án phát triển hệ thống giao thông vận tải công cộng bằng xe buýt sử dụng điện, năng lượng xanh trên địa bàn Thành phố” với mục tiêu, năm 2025 chuyển đổi xe buýt sử dụng năng lượng sạch đạt 5%; tỷ lệ chuyển đổi phương tiện sử dụng điện, năng lượng xanh đến năm 2030 dự kiến đạt 93,4% tổng số phương tiện được chuyển đổi; dự kiến đến năm 2035, tỷ lệ chuyển đổi phương tiện sử dụng điện, năng lượng xanh đạt 100% tổng số phương tiện được chuyển đổi.

Để thực hiện mục tiêu, các doanh nghiệp Việt Nam với tâm thế chủ động đã hưởng ứng mạnh mẽ và nhiều hành động triển khai kịp thời.

Nhiều doanh nghiệp Việt Nam hiện đang tích cực tham gia vào quá trình chuyển đổi năng lượng xanh, giảm phát thải khí các-bon và khí mê-tan của ngành giao thông vận tải. Đi đầu là Tập đoàn Vingroup với việc thành lập VinFast để sản xuất phân phối xe điện ra thị trường.

Tính đến năm 2024, VinFast đã bán ra thị trường Việt Nam hơn 87.000 xe điện thuộc 7 dòng xe khác nhau, góp phần xanh hóa giao thông vận tải. Theo số liệu VinFast mới công bố đầu tháng 8 năm 2025, chỉ riêng tháng 7 năm 2025, VinFast đã bán 11.479 xe ô tô điện tại thị trường Việt Nam, doanh số cộng dồn từ đầu năm đạt 79.048 ôtô điện các loại, tiếp tục dẫn đầu thị trường Việt 10 tháng liên tiếp.

Theo báo cáo Electric Vehicle Outlook 2025 của BloombergNEF, lượng ôtô điện bán ra ở Việt Nam tăng hơn 10 lần, từ dưới 10.000 chiếc năm 2022 lên dự kiến trên 100.000 năm 2025, đưa Việt Nam dẫn đầu thị trường Đông Nam Á.

Đối với xe máy điện, dữ liệu nửa đầu năm từ Motorcycles Data cho thấy, thị trường Việt Nam tiêu thụ khoảng 209.000 xe máy điện mới, tăng gần gấp đôi (99,2%) so với cùng kỳ 2024. Con số này chỉ xếp sau Trung Quốc và Ấn Độ, đưa Việt Nam vươn lên vị trí thứ ba toàn cầu về tiêu thụ xe máy điện.

Yếu tố chính sách chính là đang góp phần thúc đẩy tăng trưởng xe điện tại Việt Nam. Cụ thể, từ tháng 3/2022, Chính phủ miễn hoàn toàn lệ phí trước bạ với ôtô điện chạy pin đến tháng 2/2027. Bên cạnh đó, Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh (hai thành phố có lưu lượng xe nhiều nhất cả nước) đều đang đưa ra các chính sách khuyến khích xe máy điện. Phong trào “đổi xe xăng lấy xe điện” đang thu hút sự hưởng ứng của người dân.

Không chỉ tập đoàn lớn như VinFast, nhiều doanh nghiệp khởi nghiệp trẻ như Selex Motors, Hải Anh JSC, Công ty TNHH EVSE Lab,… đang từng bước thâm nhập thị trường xe điện, nỗ lực tạo hệ sinh thái bao gồm sản xuất xe máy điện và cung cấp giải pháp sạc pin.

Với đà tăng trưởng này, Việt Nam được kỳ vọng trở thành một trong những trung tâm xe điện của châu Á và là nơi có nhiều dư địa cho phát triển thị trường xe điện, trong đó có việc áp dụng các công nghệ tiên tiến cho công nghệ bán dẫn trong xe điện.

PCIM Asia Shanghai 2025: nơi khám phá các công nghệ cho NEV

PCIM Asia Shanghai 2025 (PCIM25) là triển lãm và hội nghị quốc tế tập trung vào chuỗi công nghiệp thiết bị điện tử công suất tại Châu Á. Triển lãm sẽ diễn ra từ ngày 24-26 tháng 9 năm 2025, tại Thượng Hải - Trung Quốc.

Đây là nền tảng lựa chọn hàng đầu cho các nhà sản xuất thiết bị nổi tiếng trong và ngoài nước giới thiệu sản phẩm mới và công nghệ tiên tiến. Nhiều doanh nghiệp trong lĩnh vực vật liệu điện tử, linh kiện cảm ứng và sản phẩm linh kiện thụ động sẽ lần đầu tiên ra mắt.

PCIM diễn ra hàng năm tại Nuremberg ở Đức và được tổ chức tại Trung Quốc từ năm 2002. Bên cạnh hoạt động trưng bày giới thiệu các sản phẩm, giải pháp công nghệ, PCIM tại Thượng Hải còn có:

Hội nghị PCIM Châu Á - Thượng Hải, là một trong những diễn đàn có sức ảnh hưởng và được người dùng quan tâm nhất về điện tử công suất tại Châu Á. Hội nghị quy tụ các chuyên gia hàng đầu thế giới đến từ các bộ phận R&D của các công ty và tổ chức học thuật, để trình bày những ứng dụng điện tử công suất mới nhất và tham gia các cuộc thảo luận kỹ thuật nhằm thúc đẩy sự phát triển của ngành.

Diễn đàn tập trung vào các chủ đề nóng như thiết bị điện, linh kiện thụ động, GaN, SiC, vật liệu và bao bì, thử nghiệm và đo lường, vận tải điện khí hóa, AI & trung tâm dữ liệu. Các nhà nghiên cứu khoa học hàng đầu và những người tiên phong trong ngành từ các trường đại học, viện nghiên cứu và các công ty hàng đầu sẽ được mời chia sẻ các giải pháp kỹ thuật tiên tiến và hiểu biết sâu sắc về xu hướng phát triển tương lai của ngành điện tử công suất.

Khu gian hàng chuyên đề - Khu bán dẫn WBG: Khu bán dẫn WBG sẽ tập hợp các công nghệ và ứng dụng SiC & GaN mới nhất, trưng bày các sản phẩm chính như chất bán dẫn băng thông rộng, thiết bị điện tử và linh kiện RF-đóng vai trò là trung tâm cho hợp tác kỹ thuật và mạng lưới kinh doanh.

Khu vực thành phần thụ động: Đối với ngành công nghiệp điện tử thì linh kiện thụ động là rất quan trọng. PCIM25 sẽ giới thiệu các công nghệ thành phần thụ động tiên tiến tại khu vực này. Ngoài ra, thông qua hợp tác với các sự kiện song song, khu vực này cung cấp các giải pháp toàn diện, trải dài từ lựa chọn sản phẩm đến ứng dụng cuối cùng, nhằm tối ưu hóa hiệu quả kết nối nhà triển lãm và người mua.

Tại đây sẽ có cơ hội để các doanh nghiệp lần đầu tham gia triển lãm, các trường đại học, viện nghiên cứu, nhóm sinh viên chuyên ngành gặp gỡ các tập đoàn hàng đầu trong ngành, nhằm khuyến khích cả hai bên và cùng nhau tạo ra nhiều khả năng hợp tác hơn.

Bảo Hà