正在异化电源设念上，Si、SiC、GaN若何各司其职？

发布时间：2024-09-14 06:05:38 来源： 作者：

电子收烧友网报道（文/梁浩斌）往年5月英飞凌宣告了专为AI数据中间设念的正异PSU（电源提供单元）路线图，正在3.3kW、化电8kW、源设12kW的念上PSU妄想上，皆异化回支了硅、若何氮化镓、各司碳化硅三种功率开闭管，其职电子收烧友远期对于此也妨碍了报道。正异

正在电源、化电顺变器等规模，源设比去多少年第三代半导体的念上崛起，让种种回支SiC战GaN的若何妄想呈目下现古市场上，同时也收罗多种器件异化操做的各司妄想，以是其职那些异化妄想皆有哪些下风？

异化电源妄想若何抉择器件？

SiC战GaN、Si等功率开闭，正异特色皆各有无开，因此可能讲最贵的、最新的也确定是最佳的，借患上要看适不开适真践的操做处景。

以开尾咱们讲到的英飞凌PSU妄想为例，8kW PSU妄想中，AC-DC级回支了多级PFC战SiC MOSFET，令该部份的效力下达99.5%，功率稀度也抵达100W每一坐圆英寸；而DC-DC级上回支了GaN FET。

正在AC-DC级的PFC电路中，需供对于下压的交流电转化成直流电，正在那个历程中，为了后退能源操做效力，必需要降降耗益。同时，由于工做正不才电压、强电流的工况下，对于器件的耐下温、热晃动性要供较下。

SiC MOSFET的耐压才气相对于更下，且导通电阻比照硅基MOSFET更低、降降导通耗益可能约莫实用后退系统的效力。开闭速率上，SiC MOSFET也远下于硅基器件，更下的开闭频率，可能令PFC电路工做正在更下的频率下，削减磁性元件战电容器的尺寸，降降整系十足的体积。同时比照硅IGBT，SiC MOSFET出有拖尾电流的问题下场，可能进一步降降开闭耗益。

正在热功能圆里，SiC MOSFET具备卓越的热晃动性，可能正不才温情景下少时相助做，以是综开去看，SiC MOSFET正在AC-DC级的PFC电路中更有下风。

而正在后级的DC-DC上，古晨良多电源回支LLC拓扑，LLC转换器的中间下风之一是其硬开闭操做，即整电压开闭（ZVS）战整电流开闭（ZCS）。因此，所选的功率器件必需可能约莫担当正在ZVS或者ZCS条件下频仍开闭，且正在那些条件下具备低耗益。

为了减小磁性元件的尺寸战后退效力，LLC转换器每一每一工做正在较下的频率，因此功率器件需供可能约莫反对于下频开闭而不删减过多的开闭耗益。正在导通形态下，也需供器件具备低导通电阻的特色，之后退DC-DC总体的转换效力，特意是功率较小大、电流较小大的情景下。

GaN FET的开闭频率可能比硅MOSFET战SiC MOSFET更下，正在开闭历程中耗益极低，那类特色也与硬开闭足艺所立室，回支GaN FET可能以极低的耗益正在ZVS条件下快捷切换，进一步提降了效力。以是正在电源后级的DC-DC上回支GaN功率开闭管相对于减倍相宜。

异化分坐器件战异化模块

除了正在电路中操做不开的器件，一些单管器件中也可能散成不开质料的器件，同样是出于对于器件的特色需供思考。

好比英飞凌里背光伏顺变器规模推出过一种650V异化SiC战硅基IGBT的单管产物，即将IGBT战SiC南北极管做正在统一个TO247-3/4启拆中。同样艰深去讲，硅IGBT单管真践上是将IGBT战FRD（快复原南北极管）启拆成单个器件，而异化碳化硅分坐器件将其中的硅FRD换成SiC南北极管。由于SiC南北极管出有单极型硅基下压FRD的反背复原动做，异化碳化硅分坐器件的开闭耗益患上到了极小大的降降。

英飞凌将那类产物称为异化SiCIGBT，统筹了IGBT的下性价比战SiC南北极管的超低反背规复电流下风。凭证测试数据，SiC南北极管对于IGBT的激进耗益影响很小大，正在散电极电流Ic=25A时降降70%，总开闭耗益可能约莫降降55%。

根基半导体的测试数据也隐现，那类异化碳化硅分坐器件的激进耗益比硅基IGBT的激进耗益降降约32.9%，总开闭耗益比硅基IGBT的开闭耗益降降约22.4%。

SiC南北极管正在远多少年的价钱患上到了赫然降降，异化碳化硅分坐器件总体的成底细比硅IGBT战硅FRD真践相好不会过小大，因此将去会有很小大的市场机缘。

功率模块圆里，IGBT+SiC SDB的模块已经较为常睹，此外借有一种功率模块是回支SiC MOSFET战硅IGBT异化启拆，古晨业界的妄想小大概是操做2颗SiC MOSFET配套6颗硅IGBT启拆成模块，尽管那个比例借可能灵便调配。

那类格式的短处是，可能同时操做SiC战IGBT的下风，经由历程系统克制，令SiC运行正在开闭模式中，IGBT运行正在导通模式。SiC器件正在开闭模式中耗益低，而IGBT正在导通模式中耗益较低，以是那类模式有可能真目下现古效力晃动的情景下，降降SiC MOSFET的操做量，从而降降功率模块的总体老本。

小结：

对于真践的操做去讲，妄想可可快捷真现奉止，借是要看成本是不是有下风。正在过去SiC品级三代半导体产物价钱居下不下，提供也出法跟上电动汽车等操做的需供收做，老本太下做作也催去世出一些好比IGBT+SiC SBD等的异化模块妄想。不中古晨SiC、GaN等老本逐渐降降，战洽比AI数据中间等的节能需供后退，相闭电源等妄想则减倍偏偏重于后退整系十足效力，凭证操做需供去抉择正在不开的电路中抉择更立室的器件。

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