當(dāng)下,隨著USB-PD快充技術(shù)的普及和氮化鎵技術(shù)的成熟,大功率快充電源市場逐漸興起,碳化硅二極管也開始在消費類電源市場中嶄露頭角,被部分100W大功率氮化鎵快充產(chǎn)品選用。
碳化硅(SiC)是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料,與硅(Si)相比,碳化硅的介電擊穿強度更大、飽和電子漂移速度更快且熱導(dǎo)率更高。因此,當(dāng)其用于半導(dǎo)體器件中時,碳化硅器件擁有高耐壓、高速開關(guān)、低導(dǎo)通電壓、高效率等特性,有助于降低能耗和縮小系統(tǒng)尺寸。從這些優(yōu)勢看來,碳化硅對于USB-PD快充這類應(yīng)用,是一個極佳的選擇。
重點提示 下方有關(guān)鍵信息
知識點 1
# 碳化硅器件在USB-PD快充的應(yīng)用
為了增加大功率電源產(chǎn)品的功率因數(shù),減小諧波對電網(wǎng)的干擾和污染,3C認證(中國國家強制性產(chǎn)品認證)中要求,75W以上的快充電源需要配備主動式PFC電路。一個常用的主動式PFC電路如圖1所示,其中功率器件選擇SiC二極管搭配氮化鎵開關(guān)管,可以將PFC級的工作頻率從不足100KHz提升到300KHz,由此減小升壓電感體積,實現(xiàn)高功率密度的設(shè)計,同時產(chǎn)品的效率也達到了大幅提升,成為大功率電源產(chǎn)品的核心競爭力。因此,碳化硅在快充應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注度越來越高。
知識點 2
# 碳化硅二極管用于PD快充的優(yōu)勢
與傳統(tǒng)硅基二極管相比,SiC二極管主要有以下幾點優(yōu)勢:
SiC二極管反向恢復(fù)電流幾乎為零(如圖2所示)。
與Si二極管相比,提升效率,減少發(fā)熱。
配合高頻開關(guān)器件使用,可大幅提高開關(guān)頻率,縮小充電器體積。
更小的反向恢復(fù)電流帶來更好的EMI結(jié)果,有助于實現(xiàn)GB/IEC標(biāo)準(zhǔn)中Class B的要求。
SiC材料擁有更好的導(dǎo)熱效果,有利于降低結(jié)溫。
在瑞能120W快充展示板上,比較DPAK封裝的SiC和Si二極管得到以下效率及溫度數(shù)據(jù)。
圖3 120W快充電源效率對比
知識點 3
# 瑞能現(xiàn)有的表貼封裝碳化硅二極管
瑞能目前提供DPAK和DFN8x8兩個系列的表貼(SMD)封裝SiC二極管,額定電壓為650V, 額定電流為4-10A。
瑞能SMD封裝的尺寸以及熱阻參數(shù)如圖5中所示,優(yōu)勢主要有以下幾點:
銀燒結(jié)芯片焊接工藝,行業(yè)內(nèi)極低熱阻,低熱阻值帶來更好的散熱和更低的結(jié)溫。
DFN 8x8 封裝無引腳設(shè)計,降低雜散電感,使器件可以應(yīng)用于更高頻率。
超薄厚度,DFN 封裝厚度《1mm, 適于PD快充緊湊設(shè)計。
知識點 4
# 瑞能120W快充展示板
利用碳化硅二極管WNSC2D06650D配合氮化鎵開關(guān)管設(shè)計了以下120W快充展示板。
120W快充展示板參數(shù)
120W快充展示板的效率數(shù)據(jù), 在230V輸入情況下最高效率可達94.5%. 115V AC輸入情況下最高效率接近93.5%。
顯而易見,圖10為展示板在220V輸入情況下的的傳導(dǎo)EMI數(shù)據(jù),滿足GB 4824-2019 Class B標(biāo)準(zhǔn),準(zhǔn)峰值(Quasi-peak)和平均值(Average)均有10dB以上設(shè)計余量。
傳導(dǎo)EMI準(zhǔn)峰值和平均值數(shù)據(jù)
# 資訊延展
目前,碳化硅(SiC)功率器件已經(jīng)在電動汽車、逆變器、軌道交通、太陽能和風(fēng)力發(fā)電等不同的場景和賽道上,得到了廣泛應(yīng)用。
根據(jù)權(quán)威研究機構(gòu)Omdia最新的報告顯示,瑞能半導(dǎo)體是碳化硅整流器目前市場占有率國內(nèi)排名第一的廠商。持續(xù)研發(fā),夯實綜合實力和競爭力,瑞能半導(dǎo)體會繼續(xù)成為卓越的功率半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)者,為客戶提供各種高度可靠、高性價比和勇于創(chuàng)新的功率半導(dǎo)體器件,讓客戶在具體應(yīng)用中實現(xiàn)最佳效率。