碳化硅MOS进入消费电源市场，即思创意发布65W SiC快充方案

时间： 2022-01-07 来源：即思创意

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随着特斯拉首先在 Model 3 的主牵引电驱中采用了碳化硅 (Silicon Carbide, SiC) MOSFET芯片后，世人对碳化硅的热烈讨论就不曾停歇，也加速了碳化硅 MOS管在充电桩与新能源车中的采用以提升充电速度与续航里程。如今，即思创意(Fast SiC Semiconductor Inc., FSS) 发布了一系列典型耐压 750V的 SiC MOSFET，将有望首次把以往只用于新能源车、航天和高阶工控等的碳化硅技术导入消费者随身携带的充电头中。

图 1 FSS 的PQFN5x6 SiC MOSFET应用于65W PD快充

氮化镓 (GaN) 近年来以其高效率的优势在小型化、高密度的快充得到广泛的注目，为第三代半导体在消费级市场的应用吹起了号角，同样作为第三代半导体的碳化硅MOSFET，却不曾出现在消费级电子产品中，究其原因，其理由有三：

●碳化硅晶圆的成本高昂；

● 典型驱动电压较传统硅器件高，与主流PWM IC方案兼容性不佳，一般工控使用SiC MOSFET通常需要额外的闸极驱动IC；

● 部分碳化硅器件在高速切换时有较严重的EMI问题。

若要将SiC MOSFET应用至消费级市场中，首先要解决以上三个痛点。FSS推出的Falcon系列SiC MOSFET，首先配合现有PWM IC常见的闸极驱动电压进行了改进与设计，将闸极驱动电压Vgs(on) 降至业界极低水平的12V，使得碳化硅 MOS 可以用主流PWM IC进行直驱，而不需要额外使用闸极驱动器。

同时，FSS的SiC MOS管可使用与硅基方案几乎相同的闸极驱动方案推动，大幅简化了使用者设计开发的难度以及时间。并且FSS独特的Silent-Switch技术拥有极佳的EMI表现，使得SiC的EMI表现甚至优于许多的硅超结MOS管 (Si Super-Junction MOSFET) 方案。

在成本方面，FSS在产品设计及制造成本上进行了彻底地优化，使SiC MOS管的售价不会再如以往这么遥不可及。例如同样做65W PD快充方案，客户花在器件上的成本SiC MOS跟GaN器件相差不大，因为调试、驱动、EMI处理相对简单，所以整体BOM还有可能进一步降低。

FSS展示了其目前正在开发中的一款使用了碳化硅MOS管搭配有源钳位反激(ACF)控制器的65W PD充电头方案原型机，功率密度可达到41.5W/in³（折合2.5W/cm³）。

图 2 使用FSS SiC MOSFET搭配ACF，功率密度41.5W/in³的65W充电头方案和苹果5V/1A充电头的比较

在功率器件上，比起第一代半导体而言，第三代半导体的性能优越性显而易见，与现在市场上已非常火热的GaN方案相比，SiC有什么特殊的优势呢？

SiC MOSFET 因长期被使用在高温、高稳定度需求的军规、航天、电动车等应用中，FSS的SiC MOS管也依照同样的标准进行设计，其额定结温高达175℃，同样芯片尺寸下的雪崩耐量是硅超结MOS管的20倍，氮化镓的1000倍，且所有器件均经过100% UIS测试，信赖性测试依照车规 AEC-Q101的规范进行验证。

具备高可靠度、优秀的高温特性、抗干扰能力强、EMI表现良好、设计简单、需求更少的外部器件更少等优势，与原有硅基方案的兼容性优于GaN，在制作高质量、高可靠度电源、简化热管理以及加速设计流程的部分能提供更多价值给客户。

图 3 FSS SiC MOSFET应用于快充的优势

FSS目前针对快充、闪充等应用，推出了适用于18W到300W的一系列SiC MOSFET，脚位均兼容现行的硅超结MOS管。封装部分，FSS针对高密度电源推出了从PQFN3x3、PQFN5x6、PQFN8x8、DPAK等贴片式封装，针对较大的功率也提供TO-220FP等标准插件式封装形式供客户选择。

图 4 FSS 推出的SiC MOSFET 与搭配应用功率的选型参考

以65W PD充电头为例，使用FSS 的碳化硅MOSFET 搭配有源钳位反激 (ACF)主控芯片的方案，可以在30W/in³的功率密度下提供最高达94.1% 的满载效率 (C口输出)，且满载烧机后，在115V输入时SiC MOS管的温度仅约60°C、在230V输入时仅约65°C。使用FSS的 SiC MOSFET 搭配准谐振反激 (QR Flyback) 主控芯片时，效率也达到 93.5%~93.7%。

图 5 FSS 的SiC MOSFET搭配有源钳位反激(ACF) 的65W PD充电头方案之效率曲线，功率密度可达30W/in³ ，提供最高94.1%满载效率。

即思创意 (Fast SiC semiconductor Inc., FSS) 位于中国台湾新竹，是专精于碳化硅(SiC)功率器件的半导体芯片公司。核心研发团队来自知名外商、知名国内外碳化硅研究机构以及中国台湾大学、清华大学、交通大学等研发型高校的硕士博士，团队发展碳化硅芯片经验十余年。

FSS主要研发生产碳化硅二极管以及MOS管，已开发出业界极小尺寸的碳化硅肖特基二极管以及国际领先水平的碳化硅MOS管。FSS推出的MOS管与二极管器件均通过AEC-Q101的严谨可靠性认证，产品规格含盖 650V SiC MOSFET、1200V SiC MOSFET 至2000V之高压 SiC MOS管，并且电流规格从1A之小电流器件跨越至60A之高功率器件，并有更高规格产品陆续开发验证中。

FSS更针对车用、工控与消费性电子等不同的需求提供不同系列的驱动电压特性组件，期待能更加深入了解并解决系统端痛点，为创造低耗能的绿色家园，并及早达成碳达峰和碳中和目标尽一份心力。即思创意开发的碳化硅功率MOS管与肖特基二极管除了消费性领域的快充头外，也可以广泛地用于于新能源汽车、智能电网、轨道交通、工业控制、光伏逆变、伺服电源、PC电源等领域中。

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