碳化硅MOS进入消费电源市场,即思创意发布65W SiC快充方案

随着特斯拉首先在Model3的主牵引电驱中采用了碳化硅(SiliconCarbide,SiC)MOSFET芯片后 , 世人对碳化硅的热烈讨论就不曾停歇 , 也加速了碳化硅MOS管在充电桩与新能源车中的采用以提升充电速度与续航里程 。 如今 , 即思创意(FastSiCSemiconductorInc.,FSS)发布了一系列典型耐压750V的SiCMOSFET , 将有望首次把以往只用于新能源车、航天和高阶工控等的碳化硅技术导入消费者随身携带的充电头中 。
碳化硅MOS进入消费电源市场,即思创意发布65W SiC快充方案
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FSS的PQFN5x6SiCMOSFET应用于65WPD快充
氮化镓(GaN)近年来以其高效率的优势在小型化、高密度的快充得到广泛的注目 , 为第三代半导体在消费级市场的应用吹起了号角 , 同样作为第三代半导体的碳化硅MOSFET , 却不曾出现在消费级电子产品中 , 究其原因 , 其理由有三:
一、碳化硅晶圆的成本高昂;
二、典型驱动电压较传统硅器件高 , 与主流PWMIC方案兼容性不佳 , 一般工控使用SiCMOSFET通常需要额外的闸极驱动IC;
三、部分碳化硅器件在高速切换时有较严重的EMI问题 。
若要将SiCMOSFET应用至消费级市场中 , 首先要解决以上三个痛点 。 FSS推出的Falcon系列SiCMOSFET , 首先配合现有PWMIC常见的闸极驱动电压进行了改进与设计 , 将闸极驱动电压Vgs(on)降至业界极低水平的12V , 使得碳化硅MOS可以用主流PWMIC进行直驱 , 而不需要额外使用闸极驱动器 。
同时 , FSS的SiCMOS管可使用与硅基方案几乎相同的闸极驱动方案推动 , 大幅简化了使用者设计开发的难度以及时间 。 并且FSS独特的Silent-Switch技术拥有极佳的EMI表现 , 使得SiC的EMI表现甚至优于许多的硅超结MOS管(SiSuper-JunctionMOSFET)方案 。
在成本方面 , FSS在产品设计及制造成本上进行了彻底地优化 , 使SiCMOS管的售价不会再如以往这么遥不可及 。 例如同样做65WPD快充方案 , 客户花在器件上的成本SiCMOS跟GaN器件相差不大 , 因为调试、驱动、EMI处理相对简单 , 所以整体BOM还有可能进一步降低 。
FSS展示了其目前正在开发中的一款使用了碳化硅MOS管搭配有源钳位反激(ACF)控制器的65WPD充电头方案原型机 , 功率密度可达到41.5W/in3(折合2.5W/cm3) 。
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使用FSSSiCMOSFET搭配ACF , 功率密度41.5W/in3的65W充电头方案和苹果5V/1A充电头的比较
在功率器件上 , 比起第一代半导体而言 , 第三代半导体的性能优越性显而易见 , 与现在市场上已非常火热的GaN方案相比 , SiC有什么特殊的优势呢?
SiCMOSFET因长期被使用在高温、高稳定度需求的军规、航天、电动车等应用中 , FSS的SiCMOS管也依照同样的标准进行设计 , 其额定结温高达175℃ , 同样芯片尺寸下的雪崩耐量是硅超结MOS管的20倍 , 氮化镓的1000倍 , 且所有器件均经过100%UIS测试 , 信赖性测试依照车规AEC-Q101的规范进行验证 。
具备高可靠度、优秀的高温特性、抗干扰能力强、EMI表现良好、设计简单、需求更少的外部器件更少等优势 , 与原有硅基方案的兼容性优于GaN , 在制作高质量、高可靠度电源、简化热管理以及加速设计流程的部分能提供更多价值给客户 。
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FSSSiCMOSFET应用于快充的优势
FSS目前针对快充、闪充等应用 , 推出了适用于18W到300W的一系列SiCMOSFET , 脚位均兼容现行的硅超结MOS管 。 封装部分 , FSS针对高密度电源推出了从PQFN3x3、PQFN5x6、PQFN8x8、DPAK等贴片式封装 , 针对较大的功率也提供TO-220FP等标准插件式封装形式供客户选择 。