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[導讀]日前,UnitedSiC推出業界最小導通電阻RDS(on)6mΩ的750V第四代碳化硅場效應管,並一口氣推出9款全新的UJ4C/SC器件。

日前,UnitedSiC推出業界最小導通電阻RDS(on)6mΩ的750V第四代碳化硅場效應管,並一口氣推出9款全新的UJ4C/SC器件。

“碳化硅適用於越來越多的應用場景,帶來更便捷的設計。UnitedSiC注意到客户在追求最優秀的性能和設計靈活性時,需要更高的能效、更好的成本、更強的魯棒性和更多的設計裕量。為了讓客户針對不同應用領域部分有更靈活的選擇,所以一口氣更新如此眾多產品”,UnitedSiC公司FAE經理Richard Chen在新品發佈之際對21ic電子網記者如是説。

導通電阻暫無敵手,新器件針對牽引市場

據瞭解,去年年底,UnitedSiC曾發佈UJ4C/SC器件18mΩ和60mΩ的4款產品,彼時這些產品主要為滿足新能源、OBC需求而生。

本次發佈9款UJ4C/SC則主要是着重在牽引部分市場,RDS(on)涵蓋6/9/11/23/33/44mΩ,為客户提供最佳的設計靈活性。

尤其是業界最低RDS(on)6mΩ器件專門針對電動車牽引逆變器需求所設計,可以維持5μS的短路耐受能力。Richard強調,這5μS可以充分提供客户進行異常保護的反應時間,由此可以提高整體的可靠度。

為什麼UnitedSiC要發佈多達9款750V產品?“事實上,我們的目的非常簡單,就是要為客户提供設計上的靈活度。因為針對客户不同的設計需求或者是功率等級方面,客户考慮的條件包括能耗最佳化、成本優化、解決散熱問題”,Richard如是説。

下方圖表可看出,通過本次和既往的發佈,UnitedSiC不僅能夠提供客户所需各種市場常見功率等級,還可提供業界最高導通電阻的產品。

Richard為記者展示一組公開資料顯示,去年UnitedSiC在650V上就已發佈業界最低RDS(on)的7mΩ產品。透過650V到750V的轉換之下,6mΩ的RDS(on)依然不到競品的一半。

通過上述公開資料不難發現,目前僅有少數企業進發750V市場。“目前已看到其他集運王app進邁入750V市場,觀望目前的市場,動力電池有着將電壓提高到500V的需求,能夠預見未來會有更多集運王app跟進”,Richard如是説。

記者瞭解到,部分企業也將750V規劃在自己2022年的遠景之中,在電動汽車市場的新需求之下,也將掀起750VSiCFET的熱潮。

優異軟硬開關性能,接近碳化硅理論限制

通過與650VSiCMOSFETs的競品相比,UJ4C/SC擁有優異的性能指數。整個器件不止在滿載上擁有極佳效能,在輕載到中載部分上也能提供更好的效能。

在RDSA部分,常用温度範圍下產品能夠提供極低的導通損耗。換言之,假若客户所設計的產品考慮到面積或包裝形態時,在一個温度範圍內能夠提供最低的傳導損失。這意味着同樣的包裝之下,搭載產品能夠獲得最低的阻抗。

在硬開關部分,選用器件除了考慮RDS(on),同時也要考慮切換損失Eoss/Qoss,透過二者的乘積硬開關性能表徵(FoM)來看,擁有比競爭對手將近倍的效能。

在軟開關部分,低RDS(on)xCoss,tr使軟開關應用的功率密度更高。驅動方面,只需要與硅基超結一樣的0~12V驅動電壓,對比目前市場上的SiCMOSFET的15~18V的驅動電壓來説,較低的QgxVdrive,可以大大減少柵極驅動的損耗。

“我們已經可以提供一個非常接近完美的開關技術在市場上”,通過以下圖示來看,UnitedSiC的第四代SiCFET已經接近碳化硅的電壓和RDSA的理論限制,並且遠超硅基超結和目前SiCMOSFET。

動力電池提高到500V,750V SiCFET是關鍵

Richard告訴記者,碳化硅着重的市場主要是電動汽車的市場。實際上,兩年前的電動汽車領域主流SiCFET電壓值多為650V,要麼上至1200V。目前動力電池電壓在300V-400V左右,行業普遍想將動力電池電壓提高到500V。

由於碳化硅材料本身具備耐高壓、低阻抗的特性,所以UnitedSiC在初步定義第四代產品時便將750V作為目標,750VSiCFET對於動力電池500V的設計目標擁有相當充分的裕量。

電機驅動功率等級通常非常大,同時終端用户希望將動力電池電壓提高到500V。通過本次750V全新產品的發佈,能夠簡單滿足客户設計需求,且擁有一定的設計裕量。6mΩ、9mΩ、11mΩ產品可以進行不同的並聯設計,來針對不同功率等級需求。

目前市場上,牽引逆變器應用成熟設計通常為IGBT與二極管的形式達到200kW的設計。通過本次發佈的6mΩ器件單管6顆並聯方式,在200kW下能夠減少3.1倍的整體功率損耗。

當然,實際上電動車在大部分運行中都是輕載到中載之間,6mΩ器件在輕載中損失能夠減少5-6倍。這是因為IGBT本身存在膝點電壓,SiCFET則沒有這個問題,有負載條件下切換損失較低。綜上,UnitedSiC所新發布的器件在輕載、中載、滿載的不同條件之下都能維持非常高的效能。

反之對比市面上其他SiCFET牽引逆變器產品,UnitedSiC在給定面積下可提供更低的傳導損耗,或在相同損耗下提供更小的芯片面積。

輕鬆應對各種場景,提升客户設計靈活度

在新產品發佈後,UnitedSiC除了能夠賦能牽引逆變器極佳效能和成本,產線的補足也讓UJ4C/SC能夠更加靈活應對各種場景的設計。

目前來説,碳化硅產品被大量使用在OBC和DC/DC應用之上,透過本次發佈的系列產品,UnitedSiC認為不同瓦特數從11mΩ-16mΩ能夠滿足EV的OBC的硬開關的應用或者是輸出級的CLLC的軟開關應用,都能夠提高較好的效能。由於UnitedSiC的驅動非常簡單,只需要0-12V,因此客户能夠大大降低驅動電路的設計複雜度。

在電動汽車無線充電上,可利用產品在二次側整流部分實現Cascode+JFET架構。無線充電時,如果有任何訊號遺失或不良狀況發生時,電網會因對二次側持續傳遞能量而破壞車端設備。JFET本身是常態導通器件,因此在訊號遺失時,利用UnitedSiC的JFET能夠將變壓器兩端信號短路,讓受電端和電網隔離開,繼續做能量傳導,避免更大的損害產生。

電動充電應用屬於較為成熟的領域,但是車輛種類越來越多,所需要環境或是功率等級也不同。因此係列產品從6mΩ-60mΩ,能夠讓客户獲得更多的選擇性。

傳統的斷路器保護應用採用機械斷路器時,需要滅弧裝置,避免電弧的產生,因此體積非常龐大。通過6mΩ、9mΩ、11mΩ這樣低RDS(on)器件,來實現電子式斷路器的設計概念。由於電子式斷路器無需使用滅弧裝置,所以整體體積會大幅減小,並提高功率密度。

傳統IT基礎市場大部分使用的是硅基超結MOSFET,而UnitedSiC的產品驅動是與硅基超結是通用的,因此客户端無需過多變更既有的設計,就可導入碳化硅器件提高平台效率與效能。

在圖騰柱PFC應用上,Richard為記者展示了一組3.6kW的設計,圖中顯示在不同RDS(on)下每個最佳效率點是不同的。因此客户可通過一系列產品,根據不同的功率等級,實現效能或成本最佳化,提供更好的市場競爭力。

在DC/DC設計上,Richard為記者展示了一組3kW的設計,圖中顯示將31mΩ的硅基超結MOSFET設計置換為UnitedSiC的23mΩ或33mΩ,即可立即獲得0.5%的效率提升。從輕載、中載、滿載上來看,均擁有更高的效率。

新版計算工具隨之而來,未來市場地位可盼

據瞭解,UnitedSiC在新產品發佈之際同時還發布了新版FET-Jet計算工具2.0,內部包含26種電源拓撲以及客户常用的AC/DC、DC/DC(非隔離型)、DC/DC(隔離型)的拓撲。值得一提的是,客户可以無需任何註冊,即可輕鬆獲得初步設計最佳元器件。

記者認為,電源市場越來越趨向補全產線,以備客户最佳的靈活度,本次UnitedSiC也將格局逐漸打開,擴充其在市場的地位。目前碳化硅市場,有些企業看好模組化方案,很多成功案例也是基於分立器件的,實際上二者將會是並存的。特別是UnitedSiC的器件由於是0-12V的驅動,在導向市場大量很成功的硅基超結分立應用時可幾乎“無縫切換”。在UnitedSiC的6mΩ業界最低導通電阻加持之下,能夠預見其在市場的全新地位。

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