碳化硅功率器件再出“杀手”级应用

2021-06-03 09:26:03 304


碳化硅再出杀手级应用



针对手机快充充电器“快、小、轻、薄”的需求,近日碳化硅功率器件再出杀手级应用。

在手机充电器这种极度紧凑的应用中,PCB面积极其珍贵,超薄型PD快充通常优先选择厚度低于2mm的表贴器件。近日基本半导体推出了SMBF封装碳化硅肖特基二极管新品。而基本半导体本次亮相的SMBF封装碳化硅肖特基二极管最大的优点恰恰是“快小轻薄”,其长宽高仅分别为5.3mm*3.6mm*1.35mm,且比SMB封装(厚度2.3mm)更薄,比DFN系列封装和TO-252封装面积更小。

图1  手机充电器用超小型碳化硅器件

随着业界对电源功率密度的追求,以及氮化镓功率器件的普及,主动式PFC需要提高工作频率来减小磁芯体积,此时常规FRD的性能已经不能满足高频下整流需要,这为碳化硅二极管在PFC上的应用创造有利条件。

实际上2020年,当大多数快充电源厂商还在65W氮化镓快充市场探索时,倍思就推出了业界首款120W氮化镓+碳化硅快充充电器。也正是这款产品,第一次将“碳化硅快充”从设想变为现实,开启了碳化硅在快充领域商用的大门。

图2 全球首款碳化硅充电器

随后,MOMAX、REMAX等厂商陆续跟进,基于碳化硅推出多款百瓦级大功率快充电源,也让越来越多的业内人士和消费者对碳化硅有了更进一步的了解。

今年我国碳化硅器件企业除了基本半导体之外,泰科天润也于上海慕尼黑展上展出了三款基于碳化硅二极管的百瓦级别快充参考设计,涵盖200W、120W和100W三个热门功率段,其中200W与120W的参考设计采用PFC+LLC架构,多口输出。目前市面上可用于大功率USB PD快充电源领域的碳化硅供应商还有Alpha Power Solutions创能动力、Maplesemi美浦森、SGKS森国科以及PY平伟等等。

图3 泰科天润推出的碳化硅PD快充模块

笔者认为碳化硅技术精髓在于高功率密度。不光在5G基站、新能源汽车、高铁、智能电网等大功率领域有很好的发展,在可穿戴设备、手机充电器、高端LED等功率不高、电压也不高但是同样需要高功率密度的领域一样大有用武之地。


第三代半导体充电器市场广阔



以手机充电器为例,为满足广大用户快速充电的需要,充电器的输出功率近十年来翻了10倍左右,而与此同时为了用户体验,充电器的体积和重量还尽量不能提升。

基本延续以上需求趋势,假设到2025年全球手机销量达到15亿部,第三代半导体充电器的市场渗透率达到25%,第三代半导体充电器充电器售价降到80元计算,那么第三代半导体充电器的市场规模将高达300亿元。

图4 未来市场预测

资料来源《2021宽禁带半导体产业调研报告》

另外,除手机充电器之外,第三代半导体器件在可穿戴设备、无人机以及其他有轻量化需求的日常电器(比如手持式吸尘器、自平衡车等)等领域一样前景光明。

图5 未来充电器发展趋势 资料来源:充电头网




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