GaN占據(jù)手機(jī)快充市場半壁江山，SiC該如何加入其中？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李誠）氮化鎵快充技術(shù)已非常成熟，快充市場被徹底激活，消費電子配件市場不斷迭代更新。GaN是一種寬禁帶半導(dǎo)體，具有高功率密度、高頻率、低能耗、寬禁帶等特點，被廣泛應(yīng)用于通信基站、快速充電器、新能源汽車領(lǐng)域中。SiC也是寬禁帶半導(dǎo)體的一種，具有飽和電子漂移速度快、介電擊穿強度大、熱導(dǎo)率高、耐高壓，開關(guān)頻率快、導(dǎo)通電阻低、轉(zhuǎn)換效率高等特點。

氮化鎵在消費類電子產(chǎn)品手機(jī)充電器、筆記本電源適配器領(lǐng)域已為“?？汀?，同屬于第三代功率半導(dǎo)體新秀的碳化硅部分性能與氮化鎵十分相似，那么SiC能否應(yīng)用于手機(jī)快充上？在快充上又有何表現(xiàn)？

快充性能要求

功率密度即轉(zhuǎn)換器輸出功率除以所占用的面積，現(xiàn)在很多設(shè)備都在追求較高的功率密度，快充也一樣，盡可能的提高功率密度，在相對較小的空間里實現(xiàn)更大的輸出功率。從而減小快充充電器體積，方便攜帶。

熱性能，快充充電器對元器件熱性能有著較高的要求，充電器在工作中進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，元器件溫度隨工作的時長增加而增加。SiC具有良好的熱導(dǎo)率，能夠有效散熱且導(dǎo)通電阻低、耐高溫。

倍思首發(fā)！百瓦快充應(yīng)用GaN+SiC結(jié)構(gòu)

國內(nèi)手機(jī)市場一片紅海，對手機(jī)配件的需求不斷增多，Baseus（倍思）就是眾多消費類電子配件廠商中的一員，2011年倍思正式成立，主要是對消費類電子配件進(jìn)行研發(fā)、生產(chǎn)。

2020年2月25日，倍思推出了全球首款以氮化鎵+碳化硅為內(nèi)核的快充充電器，該充電器支持兩個Type-C和一個USB口同時輸出，最大輸出功達(dá)120W。此款充電器內(nèi)部采用PFC+LLC的電路架構(gòu)，通過PFC升壓為LLC開關(guān)供電，開關(guān)電源經(jīng)過同步整流后輸出。

碳化硅在充電器中主要以二極管的形式存在，碳化硅二極管在大功率充電設(shè)備中主要是配合PFC控制器和驅(qū)動芯片對功率因素進(jìn)行校正。碳化硅與氮化鎵的配合，可將PCF的工作頻率從100KHz有效提升至300KHz，進(jìn)一步壓縮電感元件體積，減小空間占比，提高功率密度、電源效率。

泰科天潤百瓦碳化硅快充方案

泰科天潤是中國碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)化的倡導(dǎo)者之一，致力于國產(chǎn)半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展。泰科天潤在快充方面分別為100W、120W、200W快充給出了解決方案。

G5S06506QT主要應(yīng)用于泰科天潤200W快充方案中，該快充方案是由氮化鎵開關(guān)器件+碳化硅二極管的形式結(jié)合PFC+LLC的電路架構(gòu)組成。據(jù)官方顯示使用這一方案的PFC電路開關(guān)頻率可達(dá)200kHz，LLC電路開關(guān)頻率可達(dá)170~250 kHz，能夠有效提升整機(jī)效率至95.4%。使用G5S06506QT與使用Si二極管的體積相比，體積大大減小，功率密度得到顯著提升。

G5S06506QT最高耐壓為650V，額定電流為6A，工作環(huán)境溫度范圍在－55℃~175℃可滿足一般非惡劣環(huán)境下。該碳化硅二極管可極大地降低開關(guān)損耗，與其他器件并聯(lián)是不會出現(xiàn)熱崩潰現(xiàn)象，熱導(dǎo)率良好，能滿足一般散熱需求，減少對散熱片的依賴。該碳化硅肖特基功率二極管適用于SMPS、PFC、電機(jī)驅(qū)動、UPS、電動汽車等領(lǐng)域。

芯干線200W氮化鎵+碳化硅快充方案

芯干線是一家專注于研發(fā)寬禁帶功率半導(dǎo)體的公司，公司主要產(chǎn)品三個系列，分別為650V氮化鎵功率器件系列、650V碳化硅二極管系列和1200V的碳化硅二極管系列，并提出了200W氮化鎵+碳化硅適配器方案。該方案的電路拓?fù)浼軜?gòu)為PFC+LLC，PFC電路采用了芯干線自家的650V氮化鎵功率器件及XD6504 650V/4A碳化硅二極管，主控芯片采用了安森美的NCP1616A1。LLC電路采用兩顆自家的650V氮化鎵功率器件，LLC主控采用安森美NCP13992AB。該方案固定輸出電壓為20V，滿載效率達(dá)95%以上，功率密度為1.54W/cm3。

XD6504碳化硅二極管最高耐壓值為650V，額定電流為4A~6A，額定電流隨溫度升高而減小?？稍冢?5℃~175℃的環(huán)境下工作，該氮化硅二極管具有零反向恢復(fù)電荷、散熱效果好、高效等特點，可應(yīng)用于5G基站電源、PD快充適配器、電機(jī)驅(qū)動、太陽能逆變器等。

總結(jié)

碳化硅主要應(yīng)用于逆變器、車載充電器、軌道交通、消費類電子電源適配器等領(lǐng)域。隨著大功率手機(jī)快充的興起，碳化硅逐漸進(jìn)入大家視野，成為大功率快充設(shè)備元器件中的一份子，并提高了快充的功率密度、轉(zhuǎn)換效率、減了小產(chǎn)品體積。氮化鎵+碳化硅的快充結(jié)構(gòu)能將充電功率大幅度的提升。