下表是不同半导体材料的特性:可以看到
Energy Gap,禁带宽度反应的是价电子要成为自由电子所需要的能力,SiC是Si的接近3倍,禁带宽度越宽,耐受高温和高压能力越强,反向漏电流越小,抗辐射能力越强;
Breakdown Field,绝缘击穿场强,SiC是Si的10倍,SiC能够以低阻抗、薄厚度的漂移层实现更高耐压;
Thermal Conductivity,导热率,SiC是Si的3倍,热阻更小,热扩散能力更好,可以做到更高功率密度;
Saturation Drif Velocity,饱和漂移速率,值越高,开关速度更快
综上,基于SiC材料的器件,可以实现 "高耐压"、"低导通电阻"、"高频" 三个特性。
目前,基于SiC的功率器件主要两大类:SiC-MOSFET和SiC-SBD
*类:SiC-MOSFET
如下是实际使用硅(Si) IGBT及碳化硅(SiC) MOSFET的功耗损失对比
图片来自罗姆官网
如下是Onsemi推出的基于SiC的25KW 充电模块参考设计
Onsemi的设计采用了
- 三相六开关的PFC,开关频率在150kHz
- 双有源全桥DCDC,开关频率在100kHz
控制芯片采用了Zynq-7000 SoC FPGA,前后级各一颗;
SiC模块,驱动,采样及辅助电源芯片如下:
如下是Onsemi微信公众号的全中文版本的设计系列,“基于SiC的25KW快速直流充电桩系统设计”
从应用概述到方案概述,仿真,设计等一条龙;
https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?action=getalbum&__biz=MzI5MjM3MzU3NA==&scene=1&album_id=2759840207167864833&count=3#wechat_redirect
这是WolfSpeed的三相交错LLC DC-DC变换器,30KW功率,设计采用了1200V C3M SiC MOSFETs (C3M0040120K) and 650V C6D SiC Schottky Diodes (C6D20065D and C6D10065A)
此外:
SiC MOSFET驱动芯片:采用了TI的UCC5350MC
DSP芯片:采用了TI的TMS320F28377DPTPT
开关频率:130kHz-250kHz
设计资料可以从这个链接获取:
CRD30DD12N-K 30kW Discrete Interleaved LLC DC-DC Converter | Wolfspeed
这是Infineon的50KW充电模块拓扑,SiC器件及开关频率信息
PFC采用了三相Boost PFC维也纳架构,DCDC采用了全桥LLC谐振转换器
先做个声明,这里介绍的公司,不是对其产品的推荐,而是从网络及平常交流获取的相关信息分享
瞻芯电子,拿到了小鹏汽车的战略融资,自建了符合IATF16949的6寸SiC晶圆厂,目前已经发布的产品有SiC MOSFET,SiC SBD,SiC Module,Gate Driver,Controller;
这家公司在PCIM的文章分享还是令人深刻;
派恩杰半导体,成立于2018年的派恩杰半导体,从成立之初就聚焦于碳化硅MOSFET,紧锣密鼓布局车规级半导体芯片,并已顺利“上车”,产品已应用于汽车OBC等领域,其和X-FAB晶圆代工厂战略合作;
如下是其产品发布轴
数明半导体,成立于2013年,专注于工业、汽车、能源领域的驱动芯片、电源管理及智能光伏芯片、接口与信号链芯片的研发。其研发出国内*兼容光耦带DESAT保护功能的IGBT/SiC隔离驱动器;
华润微电子,是华润微电子有限公司是华润集团旗下负责微电子业务投资、发展和经营管理的高科技企业,曾先后整合华科电子、中国华晶、上华科技、中航微电子等中国半导体企业,经过多年的发展及一系列整合,公司已成为中国本土具有重要影响力的综合性半导体企业,自2004年起多年被工信部评为中国电子信息百强企业。
目前华润微发布了650V/1200V的SiC SBD
湖南三安,是全球第三家具备碳化硅全链整合能力的企业,提供衬底、外延、芯片、封装及模块等专业代工制造服务,具备成熟的大规模制造经验和质量管理能力,实现产能以及质量验证的全链管控能力。目前已实现月产能12,000片,达产后将实现年产能500,000片碳化硅6寸晶圆