一、前言

PD快充電源適配器有廣闊的市場機(jī)會(huì) ，目前Vivo, Huawei, Oppo, Xiaomi主推標(biāo)準(zhǔn)品是18W-45W ；未來市場主流將會(huì)是65W , 80W, 90W, 100W , 120W 甚至200W，有 3-4 路輸出 (PD ,+ type C, + type C)的產(chǎn)品。

目前，65W以下，會(huì)使用傳統(tǒng)Si MOSFET 或者GaN (氮化鎵）。因?yàn)槌杀疽蛩夭粫?huì)考慮SiC，但對于要求高效率模式98%或以上產(chǎn)品，會(huì)在PFC電路中使用SiC Diode。

碳化硅（SiC）器件制成的功率變換器具有更高的阻斷電壓，更低的導(dǎo)通電阻和更高的導(dǎo)熱性，因此有望實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。在可用的SiC器件類型中，與SiC JFET或SiC晶體管相比，N溝道增強(qiáng)模式SiC MOSFET具有結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)和低損耗的優(yōu)勢，因此在取代傳統(tǒng)Si MOSFET或Si IGBT方面具有最大的兼容性。

目前Alpha，6A 650V DFN的SiC二極管已經(jīng)在倍思130w產(chǎn)品量產(chǎn)，目前可以免費(fèi)提供樣品

圖1倍思推出120W的充電器

根據(jù)充電頭網(wǎng)站的拆解結(jié)果：安森美 NCP1616A1 PFC控制器，驅(qū)動(dòng)NV6127，配合SiC二極管，用于功率因數(shù)校正。

圖2 120W充電器的實(shí)物拆解圖

碳化硅二極管，用于PFC升壓整流，來自香港Alpha power，ACD06PS065，6A 650V。

圖3ACD06PS065G規(guī)格書

二、SiC相關(guān)應(yīng)用場景說明及優(yōu)勢分享

關(guān)于SiC Mosfet 與IGBT的使用場景說明：

圖4 SiC Mosfet 與IGBT的使用場景說明

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，采用SiC MOSFET的電源模塊，滿載150A20V輸出時(shí)，效率達(dá)到93%，相比IGBT模塊85%的效率，提升了8個(gè)百分點(diǎn)。成本上，開關(guān)管和驅(qū)動(dòng)部分成本有所增加，但是變壓器、輸出電感、半橋輸入電容、輸出電容、散熱型材、散熱風(fēng)扇及整體外殼成本有所下降，整體成本基本維持不變。體積上，變壓器體積減小一半，電路板尺寸基本不變，散熱型材體積減小一半，散熱風(fēng)扇由1個(gè)?120變?yōu)?個(gè)?40，模塊整體體積大約減小了1/3。

圖5 SiC器件成本優(yōu)勢分析

三、經(jīng)驗(yàn)分享

案例：1200V/75mΩ高性價(jià)比SIC MOSFET助力6.6KW車載OBC全橋逆變，較主流型號成本降低10%。

車載OBC充電機(jī)電路主要由AC/DC整流、升壓PFC、全橋逆變、AC/DC整流四部分組成，OBC車載充電機(jī)簡易電路框圖如下圖6所示。

圖6：OBC車載充電機(jī)簡易電路框圖

為提升6.6KW的車載OBC充電效率，其全橋逆變的開關(guān)管一般選用高耐壓、低導(dǎo)通損耗的1200V/80mΩSIC MOSFET做設(shè)計(jì)，針對這個(gè)規(guī)格，市場上主流應(yīng)用的型號為WOLFSPEED（科銳）的C2M0080120D、Littelfuse（力特）的LSIC1MO120E0080，均為TO-247-3封裝，兩個(gè)型號可以完全pin-pin兼容，市場上的價(jià)格也基本相當(dāng)。

為滿足市場端設(shè)計(jì)研發(fā)人員為兼容普通MOSFET的柵源工作電壓（主要是正電壓+15V）設(shè)計(jì)，并降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本的需求，世界知名半導(dǎo)體供應(yīng)商Wolfspeed（科銳）有推出一款自帶獨(dú)立驅(qū)動(dòng)源引腳（又稱開爾文源極引腳）的TO-247-4封裝、具有更低的導(dǎo)通阻抗、單價(jià)設(shè)計(jì)成本相比1200V/80mΩ的SIC MOSFET可降低10%的SIC MOSFET，型號為 C3M0075120K，下面提供下LSIC1MO120E0080、C2M0080120D和C3M0075120K電性參數(shù)對比，參考如下圖7所示。

圖7：SIC MOSFET LSIC1MO120E0080、C2M0080120D和C3M0075120K電性參數(shù)對比

通過如上圖所示，可知，Wolfspeed（科銳）新推出的C3M0075120K SIC MOSFET產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢明顯：

（1）在Tc=25℃條件下，75mΩ導(dǎo)通電阻+51nC總柵極電荷，具有更低的開關(guān)損耗特性；在高溫條件下仍可維持較低的導(dǎo)通電阻，有利于提高工作效率的同時(shí)降低了系統(tǒng)的冷卻需求；

（2）柵源電壓VGS建議值為-4V和+15V，與普通MOSFET相同的柵極工作電壓設(shè)計(jì)，產(chǎn)品兼容性更強(qiáng)；

（3） 反向傳輸電容低至3pF，可有效抑制開關(guān)噪聲，改善Vge波形振鈴，避免關(guān)斷期間因柵極振動(dòng)過大出現(xiàn)誤導(dǎo)通現(xiàn)象；

（4） 器件的總開啟時(shí)間為33ns，總關(guān)閉時(shí)間為44ns，具有快速開關(guān)能力，可滿足用戶高速開關(guān)的需求。

Wolfspeed（科銳）C3M0075120K SIC MOSFET采用TO-247-4封裝，共有4個(gè)pin腳，分別為pin1（D極）、pin2（S極）、pin3（S極-開爾文源極）、pin4（G極），其實(shí)物圖和內(nèi)部功能框圖參考如下圖8所示。

圖8：Wolfspeed（科銳）C3M0075120K SIC MOSFET的實(shí)物圖和內(nèi)部功能框圖

通過如上圖所示，可知：

Wolfspeed（科銳）C3M0075120K SIC MOSFET采用先進(jìn)的C3MSiCMOSFET技術(shù)，經(jīng)過優(yōu)化的封裝，自帶獨(dú)立驅(qū)動(dòng)源引腳（pin3），又稱開爾文源極引腳，其用作柵極驅(qū)動(dòng)電壓的參考電勢，從而消除電壓降對源極（S極）封裝寄生電感的影響，可以最大限度地減少門極振蕩并減少系統(tǒng)損耗。

除去如上的設(shè)計(jì)優(yōu)勢外，Wolfspeed（科銳）C3M0075120K SIC MOSFET的漏極和源極之間的爬電距離為8mm，可參考其尺寸圖，見下圖9所示。

圖9：Wolfspeed（科銳）C3M0075120K SIC MOSFET封裝尺寸圖

最后，總結(jié)下Wolfspeed（科銳）C3M0075120K SIC MOSFET器件優(yōu)勢：

1.低損耗

在Tc=25℃條件下，75mΩ導(dǎo)通電阻+51nC總柵極電荷，具有更低的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗特性；同時(shí)，在高溫Tc=100℃條件下，仍可維持較低的導(dǎo)通電阻（典型值為100mΩ），有利于提高工作效率的同時(shí)降低了系統(tǒng)的冷卻需求；

采用自帶獨(dú)立驅(qū)動(dòng)源引腳的TO-247-4封裝，可有效消除電壓降對源極封裝寄生電感的影響，可以最大限度地減少門極振蕩并減少系統(tǒng)損耗；

2.兼容性強(qiáng)

柵源電壓VGS建議值為-4V和+15V，與普通MOSFET相同的柵極工作電壓設(shè)計(jì)，產(chǎn)品兼容性更強(qiáng)；

3.低開關(guān)噪聲

反向傳輸電容低至3pF，可有效抑制開關(guān)噪聲，改善Vge波形振鈴，避免關(guān)斷期間因柵極振動(dòng)過大出現(xiàn)誤導(dǎo)通現(xiàn)象；

4.快速開關(guān)能力

器件的總開啟時(shí)間為33ns，關(guān)閉時(shí)間為44ns，可滿足用戶針對高速開關(guān)的需求；

5.高安全性

相比TO-247-3封裝的漏極和源極之間的爬電距離5.44mm，TO-247-4封裝的漏極和源極之間的爬電距離高達(dá)8mm，產(chǎn)品具有更高的安全性；

6.更低的成本

單價(jià)成本相比Littelfuse（力特）LSIC1MO120E0080 和 Wolfspeed（科銳）C2M0080120D降低10%，全橋逆變單機(jī)用量4顆，可大幅降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本。

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