美國的電力消耗預計將從4年的000萬億千瓦時增長到2020年的約5.500萬億千瓦時。[i] 消費的增長，不僅在美國，而且在世界范圍內，將部分來自包括電動汽車（EV）在內的交通電氣化，以及全球計算資源的增加 - 數十億個人計算以及物聯網（IoT）中的連接設備依賴于越來越多的服務器場。

所有應用市場，尤其是電動汽車和計算市場，都受益于降低功耗成本和占用的空間量，以更低的成本提供相同或更大的功能，從而具有競爭力和可持續地滿足市場需求。

為了在電動汽車市場取得成功，公司需要擴大續航里程并降低物料清單 （BOM） 成本，以有效地與根深蒂固的內燃機 （ICE） 競爭。為了實現更大的續航里程，制造商需要更高容量的電池系統，這可以通過增加電池尺寸或提高功率效率來實現。不幸的是，增加電池尺寸也會增加車輛的重量，從而增加功耗。相反，通過相同尺寸的電池提供更多功率來實現更好的電源效率，可以減輕重量，更好地節省功率，最重要的是，減少消費者的“里程焦慮”。

另一方面，在IT領域，數據中心的電力，冷卻和房地產成本可以輕松快速地超過初始硬件成本。新的能效標準，如80+鈦，旨在通過提高系統效率來降低這些成本，但由于更復雜的拓撲中使用了額外的組件，在不增加BOM成本的情況下，很難實現。

使用碳化硅降低成本，提高效率

碳化硅（SiC）是一種半導體技術，已被廣泛用于電動汽車充電器以及服務器和電信設備的電源。它相對于硅 （Si） 的優勢使其成為在尺寸受限應用中需要更高功率密度的設計的理想選擇。

碳化硅可實現高功率效率和高導熱性，非常適合高功率密度應用。基于 SiC 的設計更輕，因為它們可以更好地處理熱量并在更高的環境溫度下工作，需要體積更小的熱管理解決方案。它們還可以實現更高的開關頻率，這需要更小、更輕的磁性元件和其他無源元件。

介紹Wolfspeed的第三代650V SiC MOSFET

Wolfspeed 通過推出第 650 代肖特基二極管確立了其在 6V SiC 領域的技術領先地位，實現了最高水平的系統效率。Wolfspeed 繼續保持領先地位，推出了第 3 代 15mΩ 和 60mΩ（RDS（ON），25°C 時）650V MOSFET，進一步利用碳化硅的優勢，降低開關損耗，提高功率效率和功率密度。

新器件 — C3M0015065D、C3M0015065K、C3M0060065D、C3M0060065J 和 C3M0060065K — 可在 –40°C 至 175°C 的寬溫度范圍內工作，并采用通孔 （TO-247-3、TO-247-4） 和表面貼裝 （TO-263-7） 封裝。

降低損耗的一個關鍵參數是低導通電阻。Wolfspeed 的新型 MOSFET 采用分立式封裝，在整個工作溫度范圍內提供業界最低的導通電阻，60mΩ MOSFET 的額定 RDS（on） 在 80°C 時僅為 175mΩ。

器件的超低反向恢復電荷 （Qrr），60mΩ MOSFET 提供 62nC 的 Qrr，可降低開關損耗并實現更高的開關頻率，從而減小系統中變壓器、電感器、電容器和其他無源元件的尺寸和重量。

為了解決器件電容作為開關頻率增加而增加開關損耗的另一個元件的擔憂，Wolfspeed 為器件實現了低得多的器件電容，例如，80mΩ 型號的小信號輸出電容 Coss 僅為 60 pF，289 mΩ 型號為 15 pF。

器件型號在 RDS（on）、連續漏極電流 ID 的指定值以及表 1 中提供的封裝方面有所不同。

表 1：新型 C3M 650V MOSFET 的主要規格

降低 BOM 成本

新型 650V SiC 器件以多種方式幫助降低成本。與硅基 50V MOSFET 相比，Wolfspeed 的器件導通損耗降低多達 75%，開關損耗降低多達 650%，但功率密度提高了三倍，不僅有助于實現更高的效率，而且還降低了磁性元件和冷卻設備的 BOM 成本，從而節省了成本。

例如，電動汽車 （EV） 的 6.6 kW 雙向車載充電器 （OBC） 的典型 AC/DC 部分包括四個 650V IGBT、多個二極管和一個 700μH L1 電感器，占 BOM 成本的 70% 以上。該設計采用四個 650V SiC MOSFET 實現，需要的 L1 僅為 230 μH。與基于 IGBT 的設計相比，這可將 BOM 成本降低近 18%。

在 OBC 的 DC/DC 部分也可以看到類似的節省，因為磁性元件的成本顯著降低。

圖1：整體系統BOM成本比較表明，Wolfspeed基于SiC MOSFET的充電器解決方案可節省15%的成本。

在此應用中，Wolfspeed 器件的總體典型 BOM 成本降低了約 15%，而峰值系統效率為 97%，而基于 Si 的系統為 94%（圖 1）。

利用參考設計加快上市時間

Wolfspeed 通過參考設計為其器件提供廣泛的支持，新的 MOSFET 在這方面也不例外。對于上述 OBC 應用，該公司的全球應用工程團隊創建了一個 6.6 kW 雙向設計，具有 380 V 至 425 V 的直流鏈路和 250 V 至 450 V 的電池側輸出。

AC/DC 側采用高效且具有成本效益的圖騰柱拓撲結構，這是基于 Si 的實現無法在不犧牲復雜性和組件數量的情況下實現的。同時，DC/DC 側將開關頻率提升到 150kHz 至 300kHz 的較高范圍，比典型的硅實現速度快 3 倍。

審核編輯：郭婷