碳化硅二極管用于PD快充的優(yōu)勢

當(dāng)下，隨著USB-PD快充技術(shù)的普及和氮化鎵技術(shù)的成熟，大功率快充電源市場逐漸興起，碳化硅二極管也開始在消費類電源市場中嶄露頭角，被部分100W大功率氮化鎵快充產(chǎn)品選用。

碳化硅（SiC）是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，與硅（Si）相比，碳化硅的介電擊穿強度更大、飽和電子漂移速度更快且熱導(dǎo)率更高。因此，當(dāng)其用于半導(dǎo)體器件中時，碳化硅器件擁有高耐壓、高速開關(guān)、低導(dǎo)通電壓、高效率等特性，有助于降低能耗和縮小系統(tǒng)尺寸。從這些優(yōu)勢看來，碳化硅對于USB-PD快充這類應(yīng)用，是一個極佳的選擇。

重點提示 下方有關(guān)鍵信息

知識點 1

# 碳化硅器件在USB-PD快充的應(yīng)用

為了增加大功率電源產(chǎn)品的功率因數(shù)，減小諧波對電網(wǎng)的干擾和污染，3C認(rèn)證（中國國家強制性產(chǎn)品認(rèn)證）中要求，75W以上的快充電源需要配備主動式PFC電路。一個常用的主動式PFC電路如圖1所示，其中功率器件選擇SiC二極管搭配氮化鎵開關(guān)管，可以將PFC級的工作頻率從不足100KHz提升到300KHz，由此減小升壓電感體積，實現(xiàn)高功率密度的設(shè)計，同時產(chǎn)品的效率也達(dá)到了大幅提升，成為大功率電源產(chǎn)品的核心競爭力。因此，碳化硅在快充應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注度越來越高。

知識點 2

# 碳化硅二極管用于PD快充的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)硅基二極管相比，SiC二極管主要有以下幾點優(yōu)勢：

SiC二極管反向恢復(fù)電流幾乎為零（如圖2所示）。

與Si二極管相比，提升效率，減少發(fā)熱。

配合高頻開關(guān)器件使用，可大幅提高開關(guān)頻率，縮小充電器體積。

更小的反向恢復(fù)電流帶來更好的EMI結(jié)果，有助于實現(xiàn)GB/IEC標(biāo)準(zhǔn)中Class B的要求。

SiC材料擁有更好的導(dǎo)熱效果，有利于降低結(jié)溫。

在瑞能120W快充展示板上，比較DPAK封裝的SiC和Si二極管得到以下效率及溫度數(shù)據(jù)。

圖3 120W快充電源效率對比

知識點 3

# 瑞能現(xiàn)有的表貼封裝碳化硅二極管

瑞能目前提供DPAK和DFN8x8兩個系列的表貼（SMD）封裝SiC二極管，額定電壓為650V， 額定電流為4-10A。

瑞能SMD封裝的尺寸以及熱阻參數(shù)如圖5中所示，優(yōu)勢主要有以下幾點：

銀燒結(jié)芯片焊接工藝，行業(yè)內(nèi)極低熱阻，低熱阻值帶來更好的散熱和更低的結(jié)溫。

DFN 8x8 封裝無引腳設(shè)計，降低雜散電感，使器件可以應(yīng)用于更高頻率。

超薄厚度，DFN 封裝厚度《1mm， 適于PD快充緊湊設(shè)計。

知識點 4

# 瑞能120W快充展示板

利用碳化硅二極管WNSC2D06650D配合氮化鎵開關(guān)管設(shè)計了以下120W快充展示板。

120W快充展示板參數(shù)

120W快充展示板的效率數(shù)據(jù)， 在230V輸入情況下最高效率可達(dá)94.5%. 115V AC輸入情況下最高效率接近93.5%。

顯而易見，圖10為展示板在220V輸入情況下的的傳導(dǎo)EMI數(shù)據(jù)，滿足GB 4824-2019 Class B標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)峰值（Quasi-peak）和平均值（Average）均有10dB以上設(shè)計余量。

傳導(dǎo)EMI準(zhǔn)峰值和平均值數(shù)據(jù)

# 資訊延展

目前，碳化硅（SiC）功率器件已經(jīng)在電動汽車、逆變器、軌道交通、太陽能和風(fēng)力發(fā)電等不同的場景和賽道上，得到了廣泛應(yīng)用。

根據(jù)權(quán)威研究機(jī)構(gòu)Omdia最新的報告顯示，瑞能半導(dǎo)體是碳化硅整流器目前市場占有率國內(nèi)排名第一的廠商。持續(xù)研發(fā)，夯實綜合實力和競爭力，瑞能半導(dǎo)體會繼續(xù)成為卓越的功率半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)者，為客戶提供各種高度可靠、高性價比和勇于創(chuàng)新的功率半導(dǎo)體器件，讓客戶在具體應(yīng)用中實現(xiàn)最佳效率。

編輯：jq