探秘英飞凌:碳化硅产品系列带来新的机遇

近日,在英飞凌650V CoolSiC™ MOSFET系列发布会上,英飞凌电源与传感系统事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源介绍了CoolSiC系列产品及应用。

文︱李娇阳

SiC MOSFET的市场竞争已经如火如荼。根据今年IHS的预估,2020年SiC MOSFET会有近5000万美元的市场份额。再往后到2028年,这一市场份额会达到1.6亿美元,整体复合成长率达16%。

近日,在英飞凌650V CoolSiC™ MOSFET系列发布会上,英飞凌电源与传感系统事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源介绍了CoolSiC系列产品及应用。

(英飞凌电源与传感系统事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源)

碳化硅的良机

碳化硅是属于新材料,它与传统的硅相比,带隙(band gap)的部分是硅材料的大概三倍;单位面积的阻隔电压的能力,是硅的7倍,0.3~2.2MV/cm;电子迁移率分别是1.5cm2/ V·s和1.1cm2/ V·s ;热导率是硅的3倍多;电子漂移速度是硅的2倍左右。对于使用者和设计者而言,它可以运行在更高的电压。

碳化硅在各方面的速率都很高,这可以让功率器件轻薄短小,占较小的空间,同时较高的开关频率能减少体积。用它可以设计出更好的电源供应器,达到更高的效率。

碳化硅的驱动方式与传统硅的驱动方式不一样,为了让使用者能够获得更好的元件,英飞凌有专门的驱动IC,搭配自己的碳化硅MOSFET,可以达到更好的效果、更高的稳定度。

硅、碳化硅和氮化镓的差异与比较

 

电压方面:硅的电压范围是25V低压到中压到1.7kV,它的主流技术已经非常成熟,从移动电源到充电桩、光伏等等,是目前行业内普及度最高的基础材料之一;碳化硅适用的电压范围比较高,从650V到高压3.3kV,应用范围广,主要应用于风电、大数据中心的供电等;氮化镓它的电压会相对比较低一点,它从中压80V到650V,但它能快速切换频率,切换频率可以到MHz级,而硅、碳化硅的切换频率都在几百KHz等级,它能让厂商在磁性元件选择更小的尺寸。

效率、功率密度和易用性方面:传统的硅涉及产品范围最广、开发最久、产品系列最完全,同时它的性价比是最高的。如果挑选产品考虑性价比,硅绝对是首选。氮化镓它的切换速度最快,虽然它的价格可能没有硅有优势,但是它的效率跟功率密度是无可取代的。如果要考虑到“易使用性”以及坚固、耐用度,碳化硅耐高温,温度系数变化较小,在坚固跟易用性方面,碳化硅是一个很好的选择。

英飞凌推出新产品,扩展碳化硅产品组合

在2月底,英飞凌推出了8个产品,采用两种插件TO-247封装。既可采用典型的TO-247 3引脚封装,也支持开关损耗更低的TO-247 4引脚封装,额定值从27 mΩ到107 mΩ。

英飞凌在整个碳化硅的技术上面是兼顾性能、稳定和坚固性,无论在使用方面还是在设计上面都很方便。为了防止“误导通”,英飞凌把VGS重新设计在大于4V上,这可以降低一些噪音。在一些特殊的拓扑,例如CCM图腾柱的拓扑,它有一些硬换向的体二极管做了很大的优化,跟既有的硅体二极管的能力差异。由于电源有着复杂的应用环境,会出现杂讯或电源的不稳定,对此英飞凌产品有抗雪崩设计,抗短路,可以防止一些不适当使用造成器件的损坏、造成电源工具的损坏。同时该产品设计把VGS电压范围放宽,在0V电压可以关断VGS,不会到负电压。

目前在碳化硅前端的工艺上面,主要有两个主流,一个是平面式的,一个是沟槽式的。英飞凌采取的是沟槽式,可以达到性能的要求,且不会偏离它的可靠度,碳化硅沟槽式的设计比平面式的碳化硅MOS拥有更高的性能。

英飞凌用自己的碳化硅在一个图腾柱的PFC设计可以得到很高的效率。英飞凌有四个RDS(on),在图腾柱拓扑的设计,英飞凌用了48 mΩ,搭配英飞凌CFD7的一个S7系列,效率可以在PFC达到 99%。同时配合英飞凌的驱动IC,可以让整个性能更加的优化,稳定度更好。借由器件的优化、突破,可以做到99%接近零耗损的一个PFC。

与过去的相比碳化硅的MOSFE是一个突破性的器件,功率密度可以让英飞凌器件达到更轻薄、短小的设计。更小的设计,事实上也是解决了很大的问题,包括成本、设计和时间的问题。全新650V系列基于英飞凌先进的沟槽半导体技术,在应用中实现最低的损耗,并在运行中实现最佳可靠性。因此,新器件的目标市场有服务器、数据中心、5G基站、工业电源、光伏、充电桩、不间断电源系统以及能源储存等。

英飞凌落实SiC MOSFET应用

陈清源总结道:第一,英飞凌在电源管理领域已经拥有几十年的经验,而且一直保持领先的地位,这是英飞凌在碳化硅上面持续的研发、创新的基本。

第二,英飞凌的产品性能佳,可靠性高。公司有自己的生产线,与供应商保持战略合作,有质量保证。与客户进行沟通,客户可以和工程师更好的共同密切整个系统的设计、共同去优化设计。

第三,英飞凌可以根据客户需求,定制方案。无论是硅、碳化硅还是氮化镓,在不同的应用场域,客户可以有不同的选择。

第四,英飞凌会继续加大对功率器件的布局和投入。在整个功率器件市场,英飞凌是全球市场占有率最高的供应商,具有稳定的营收,可以投资在一些新的产品、新的技术、新的应用上。

“我前面提到的竞争者中,我们乐意竞争,本来有竞争才会进步。英飞凌也是一直以来也在这个市场不怕竞争。当然,客户那边有更多的选择,这对使用者、制造商都是好事。”陈清源说道。英飞凌有自己的优势,积极面对竞争,坚持带给客户更多更好的选择,将迎来新的机遇。





发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注