下表是不同半導體材料的特性:可以看到
Energy Gap,禁帶寬度反應的是價電子要成為自由電子所需要的能力,SiC是Si的接近3倍,禁帶寬度越寬,耐受高溫和高壓能力越強,反向漏電流越小,抗輻射能力越強;
Breakdown Field,絕緣擊穿場強,SiC是Si的10倍,SiC能夠以低阻抗、薄厚度的漂移層實現(xiàn)更高耐壓;
Thermal Conductivity,導熱率,SiC是Si的3倍,熱阻更小,熱擴散能力更好,可以做到更高功率密度;
Saturation Drif Velocity,飽和漂移速率,值越高,開關速度更快
綜上,基于SiC材料的器件,可以實現(xiàn) "高耐壓"、"低導通電阻"、"高頻" 三個特性。
目前,基于SiC的功率器件主要兩大類:SiC-MOSFET和SiC-SBD
*類:SiC-MOSFET
如下是實際使用硅(Si) IGBT及碳化硅(SiC) MOSFET的功耗損失對比
圖片來自羅姆官網(wǎng)
如下是Onsemi推出的基于SiC的25KW 充電模塊參考設計
Onsemi的設計采用了
- 三相六開關的PFC,開關頻率在150kHz
- 雙有源全橋DCDC,開關頻率在100kHz
控制芯片采用了Zynq-7000 SoC FPGA,前后級各一顆;
SiC模塊,驅(qū)動,采樣及輔助電源芯片如下:
如下是Onsemi微信公眾號的全中文版本的設計系列,“基于SiC的25KW快速直流充電樁系統(tǒng)設計”
從應用概述到方案概述,仿真,設計等一條龍;
https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?action=getalbum&__biz=MzI5MjM3MzU3NA==&scene=1&album_id=2759840207167864833&count=3#wechat_redirect
這是WolfSpeed的三相交錯LLC DC-DC變換器,30KW功率,設計采用了1200V C3M SiC MOSFETs (C3M0040120K) and 650V C6D SiC Schottky Diodes (C6D20065D and C6D10065A)
此外:
SiC MOSFET驅(qū)動芯片:采用了TI的UCC5350MC
DSP芯片:采用了TI的TMS320F28377DPTPT
開關頻率:130kHz-250kHz
設計資料可以從這個鏈接獲取:
CRD30DD12N-K 30kW Discrete Interleaved LLC DC-DC Converter | Wolfspeed
這是Infineon的50KW充電模塊拓撲,SiC器件及開關頻率信息
PFC采用了三相Boost PFC維也納架構(gòu),DCDC采用了全橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器
先做個聲明,這里介紹的公司,不是對其產(chǎn)品的推薦,而是從網(wǎng)絡及平常交流獲取的相關信息分享
瞻芯電子,拿到了小鵬汽車的戰(zhàn)略融資,自建了符合IATF16949的6寸SiC晶圓廠,目前已經(jīng)發(fā)布的產(chǎn)品有SiC MOSFET,SiC SBD,SiC Module,Gate Driver,Controller;
這家公司在PCIM的文章分享還是令人深刻;
派恩杰半導體,成立于2018年的派恩杰半導體,從成立之初就聚焦于碳化硅MOSFET,緊鑼密鼓布局車規(guī)級半導體芯片,并已順利“上車”,產(chǎn)品已應用于汽車OBC等領域,其和X-FAB晶圓代工廠戰(zhàn)略合作;
如下是其產(chǎn)品發(fā)布軸
數(shù)明半導體,成立于2013年,專注于工業(yè)、汽車、能源領域的驅(qū)動芯片、電源管理及智能光伏芯片、接口與信號鏈芯片的研發(fā)。其研發(fā)出國內(nèi)*兼容光耦帶DESAT保護功能的IGBT/SiC隔離驅(qū)動器;
華潤微電子,是華潤微電子有限公司是華潤集團旗下負責微電子業(yè)務投資、發(fā)展和經(jīng)營管理的高科技企業(yè),曾先后整合華科電子、中國華晶、上華科技、中航微電子等中國半導體企業(yè),經(jīng)過多年的發(fā)展及一系列整合,公司已成為中國本土具有重要影響力的綜合性半導體企業(yè),自2004年起多年被工信部評為中國電子信息百強企業(yè)。
目前華潤微發(fā)布了650V/1200V的SiC SBD
湖南三安,是全球第三家具備碳化硅全鏈整合能力的企業(yè),提供襯底、外延、芯片、封裝及模塊等專業(yè)代工制造服務,具備成熟的大規(guī)模制造經(jīng)驗和質(zhì)量管理能力,實現(xiàn)產(chǎn)能以及質(zhì)量驗證的全鏈管控能力。目前已實現(xiàn)月產(chǎn)能12,000片,達產(chǎn)后將實現(xiàn)年產(chǎn)能500,000片碳化硅6寸晶圓