英飛凌在SiC產(chǎn)品上的價值主張：新增650V系列擴(kuò)大目標(biāo)市場

單祥茹

碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）屬于寬禁帶（WBG）材料，他們本身所具有的更高開關(guān)頻率、工作溫度和電壓處理能力等特性，對能效和開關(guān)頻率極其敏感的應(yīng)用而言極其珍貴，比如數(shù)據(jù)中心、電動汽車等。在應(yīng)用上，GaN一般用于小于1000V，低于3kW的應(yīng)用。SiC的電壓通常超過1000V，并且電流水平更高，如50A及以上，主要用作大功率高頻功率器件。根據(jù)IHS的預(yù)估，SiC今年將有近5000萬美元的市場份額（不包含電動汽車、軍事和航空）。由于在電源供應(yīng)器、不間斷電源（UPS）、電動汽車充電、馬達(dá)驅(qū)動，以及光伏和儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入，到2028年，SiC的市場份額有望上升到1.6億美元。

英飛凌的碳化硅家族

隨著市場規(guī)模的擴(kuò)展，現(xiàn)在進(jìn)入S i C MOSFET領(lǐng)域的企業(yè)越來越多，總體來看，英飛凌是全球市場占有率最高的供應(yīng)商。據(jù)英飛凌科技電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)開關(guān)電源應(yīng)用高級市場經(jīng)理陳清源介紹，在整個功率器件（Power Device）市場，英飛凌還是獨(dú)家掌握Si、SiC和GaN等所有功率半導(dǎo)體技術(shù)的公司，目前公司的硅產(chǎn)品包括低壓MOS、高壓MOS，以及IGBT等。

在SiC材料中，肖特基二極管可以達(dá)到更高的擊穿電壓。目前英飛凌的SiC產(chǎn)品系列覆蓋了 600V、650V、1200V的肖特基二極管。在SiC MOSFET方面，英飛凌的CoolSiC？ MOSFET系列是首款面向光伏逆變器、電池充電設(shè)備及儲能裝置的產(chǎn)品，已經(jīng)面世的1200V CoolSiC MOSFET，其優(yōu)勢包括：1200V級開關(guān)中最低的門極電荷和器件電容電平、反并聯(lián)二極管無反向恢復(fù)損耗、低切換損耗不受溫度影響以及無閾值導(dǎo)通特性。今年2月底，英飛凌再次推出8個CoolSiC？ MOSFET產(chǎn)品，進(jìn)一步豐富了公司的SiC產(chǎn)品線，有力地拓展了公司CoolSiC？ MOSFET的市場邊界。

650V CoolSiC MOSFET的優(yōu)勢和價值

650 V CoolSiC MOSFET器件的額定值在27 mΩ～107 mΩ之間，既可采用典型的TO-247 3引腳封裝，也支持開關(guān)損耗更低的TO-247 4引腳封裝。與過去發(fā)布的CoolSiC MOSFET產(chǎn)品相比，全新的650V CoolSiC MOSFET系列基于英飛凌先進(jìn)的溝槽半導(dǎo)體技術(shù)，通過最大限度地發(fā)揮SiC強(qiáng)大的物理特性，確保了器件具有出色的可靠性、出類拔萃的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。此外，器件還具備最高的跨導(dǎo)水平（增益）、4V的閾值電壓（Vth）和短路穩(wěn)健性。總之，溝槽技術(shù)的采用，使得650V CoolSiC MOSFET在應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)最低的損耗，并在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)最佳的可靠性。

650 V CoolSiC？ MOSFET最具價值的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

RDS（on）與溫度的相關(guān)性達(dá)到最佳：通常，超低導(dǎo)通電阻（RDS（on））與溫度密切相關(guān)。當(dāng)器件在高溫下運(yùn)行時，優(yōu)異的導(dǎo)熱性能特別重要。得益于超低（RDS（on）），650 V CoolSiC MOSFET具備出色的熱性能。通過陳清源的詳細(xì)分析，我們了解到：由于不能達(dá)到100%的轉(zhuǎn)換效率，電源系統(tǒng)在工作時一定會產(chǎn)生熱量，致使環(huán)境溫度過高。Si、SiC和GaN均是具有正溫度系數(shù)物理特性的材料，也就是說，溫度越高，RDS（on）越高。在100℃溫度下，三者相比，SiC的RDS（on）變化比Si少32%，比GaN少26%。意味著，在高溫狀態(tài)下，SiC的效能高于GaN和Si。

溝槽式設(shè)計最大限度發(fā)揮SiC的物理特性：采用平面式工藝的MOSFET，在導(dǎo)通狀態(tài)下，器件的性能與柵極氧化層可靠性之間需要進(jìn)行很大的折衷。而溝槽式工藝更容易達(dá)到性能要求而不偏離柵極氧化層的安全條件。英飛凌的 650V CoolSiC？ MOSFET采用的就是溝槽式工藝，確保了器件具有出色的可靠性、出類拔萃的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。

Qrr和Qoss雙低更適合硬換向拓?fù)洌簱?jù)陳清源介紹，對于硬換向拓?fù)鋪碚f，Qrr和Qoss這兩個參數(shù)非常重要。由于在Qrr和Qoss等參數(shù)上能使用較小的值，所以650V CoolSiC MOSFET非常適合CCM圖騰柱PFC等硬換向拓?fù)?，并能達(dá)到很高的效率。

PFC圖騰柱實(shí)現(xiàn)性能一流的系統(tǒng)效率：圖騰柱在高壓電源轉(zhuǎn)換上并不鮮見，它本質(zhì)上是一種橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在應(yīng)用上往往受限于常用的一些器件的“反向恢復(fù)特性”?！胺聪蚧謴?fù)速度”特別快是SiC器件的特性，將其用于這種圖騰柱結(jié)構(gòu)時，如果是處于“軟開關(guān)”情況下，它的反向恢復(fù)速度要比Si器件快很多。

在陳清源介紹的英飛凌650V CoolSiC MOSFET圖騰柱功率因素校正（PFC）拓?fù)湓O(shè)計中，采用的是四個RDS（on）分別為48 mΩ、72 mΩ、107 mΩ的器件，同時搭配英飛凌CFD7的S7系列，PFC的效率可以達(dá)到 99%，這是一個接近零耗損的PFC，極大地提高了系統(tǒng)的功率密度以及效率。借由器件的優(yōu)化和技術(shù)突破，最終可以實(shí)現(xiàn)98%的系統(tǒng)效率，這在過去是很難做到的。

英飛凌在600 V/650 V電壓等級的價值主張

傳統(tǒng)的Si器件，產(chǎn)品開發(fā)最久，產(chǎn)品范圍最廣，產(chǎn)品性價比最高，產(chǎn)品系列極為完善。陳清源認(rèn)為，如果要尋找性價比高的器件，Si是首選。如果要找到效率最高、功率密度最大的產(chǎn)品，GaN器件的切換速度最快，雖然價格沒有Si產(chǎn)品有優(yōu)勢，但是其效率和功率密度絕對是無可取代的。但是，如果要綜合考慮產(chǎn)品的易用性，以及堅固和耐用度，因SiC擁有更高的運(yùn)行電壓、更大的開關(guān)頻率、更高的效率、更高的功率密度、更好的散熱性等，比Si材料的熱導(dǎo)率高近3倍，采用SiC材料制作的集成電路可以減小甚至不用散熱系統(tǒng)，有效地減輕了系統(tǒng)的體積和重量，大大提高了系統(tǒng)集成度，這種情況下，SiC無疑是一個很好的選擇。英飛凌的650VCoolSiC MOSFET產(chǎn)品更是具有一流的性能、堅固性和易用性等獨(dú)特優(yōu)勢。

至于在1200V CoolSiC MOSFET問世之后，英飛凌為什么接著發(fā)布了650V的新產(chǎn)品，陳清源表示：“推出650V CoolSiC MOSFET的主要目的是，進(jìn)一步完善英飛凌在600V/650V細(xì)分領(lǐng)域的硅基、碳化硅以及氮化鎵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品組合，將我們的目標(biāo)市場拓展至服務(wù)器、電信和工業(yè)SMPS、太陽能系統(tǒng)、能源存儲和電池化成、不間斷電源（UPS）、電機(jī)控制和驅(qū)動以及電動汽車充電在內(nèi)的大量應(yīng)用領(lǐng)域?！?/p>