使用新型C3M 650V MOSFET節(jié)省BOM成本

美國的電力消耗預(yù)計將從4年的000萬億千瓦時增長到2020年的約5.500萬億千瓦時。[i] 消費(fèi)的增長，不僅在美國，而且在世界范圍內(nèi)，將部分來自包括電動汽車（EV）在內(nèi)的交通電氣化，以及全球計算資源的增加 - 數(shù)十億個人計算以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）中的連接設(shè)備依賴于越來越多的服務(wù)器場。

所有應(yīng)用市場，尤其是電動汽車和計算市場，都受益于降低功耗成本和占用的空間量，以更低的成本提供相同或更大的功能，從而具有競爭力和可持續(xù)地滿足市場需求。

為了在電動汽車市場取得成功，公司需要擴(kuò)大續(xù)航里程并降低物料清單 （BOM） 成本，以有效地與根深蒂固的內(nèi)燃機(jī) （ICE） 競爭。為了實現(xiàn)更大的續(xù)航里程，制造商需要更高容量的電池系統(tǒng)，這可以通過增加電池尺寸或提高功率效率來實現(xiàn)。不幸的是，增加電池尺寸也會增加車輛的重量，從而增加功耗。相反，通過相同尺寸的電池提供更多功率來實現(xiàn)更好的電源效率，可以減輕重量，更好地節(jié)省功率，最重要的是，減少消費(fèi)者的“里程焦慮”。

另一方面，在IT領(lǐng)域，數(shù)據(jù)中心的電力，冷卻和房地產(chǎn)成本可以輕松快速地超過初始硬件成本。新的能效標(biāo)準(zhǔn)，如80+鈦，旨在通過提高系統(tǒng)效率來降低這些成本，但由于更復(fù)雜的拓?fù)渲惺褂昧祟~外的組件，在不增加BOM成本的情況下，很難實現(xiàn)。

使用碳化硅降低成本，提高效率

碳化硅（SiC）是一種半導(dǎo)體技術(shù)，已被廣泛用于電動汽車充電器以及服務(wù)器和電信設(shè)備的電源。它相對于硅 （Si） 的優(yōu)勢使其成為在尺寸受限應(yīng)用中需要更高功率密度的設(shè)計的理想選擇。

碳化硅可實現(xiàn)高功率效率和高導(dǎo)熱性，非常適合高功率密度應(yīng)用?；?SiC 的設(shè)計更輕，因為它們可以更好地處理熱量并在更高的環(huán)境溫度下工作，需要體積更小的熱管理解決方案。它們還可以實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率，這需要更小、更輕的磁性元件和其他無源元件。

介紹Wolfspeed的第三代650V SiC MOSFET

Wolfspeed 通過推出第 650 代肖特基二極管確立了其在 6V SiC 領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位，實現(xiàn)了最高水平的系統(tǒng)效率。Wolfspeed 繼續(xù)保持領(lǐng)先地位，推出了第 3 代 15mΩ 和 60mΩ（RDS（ON），25°C 時）650V MOSFET，進(jìn)一步利用碳化硅的優(yōu)勢，降低開關(guān)損耗，提高功率效率和功率密度。

新器件 — C3M0015065D、C3M0015065K、C3M0060065D、C3M0060065J 和 C3M0060065K — 可在 –40°C 至 175°C 的寬溫度范圍內(nèi)工作，并采用通孔 （TO-247-3、TO-247-4） 和表面貼裝 （TO-263-7） 封裝。

降低損耗的一個關(guān)鍵參數(shù)是低導(dǎo)通電阻。Wolfspeed 的新型 MOSFET 采用分立式封裝，在整個工作溫度范圍內(nèi)提供業(yè)界最低的導(dǎo)通電阻，60mΩ MOSFET 的額定 RDS（on） 在 80°C 時僅為 175mΩ。

器件的超低反向恢復(fù)電荷 （Qrr），60mΩ MOSFET 提供 62nC 的 Qrr，可降低開關(guān)損耗并實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率，從而減小系統(tǒng)中變壓器、電感器、電容器和其他無源元件的尺寸和重量。

為了解決器件電容作為開關(guān)頻率增加而增加開關(guān)損耗的另一個元件的擔(dān)憂，Wolfspeed 為器件實現(xiàn)了低得多的器件電容，例如，80mΩ 型號的小信號輸出電容 Coss 僅為 60 pF，289 mΩ 型號為 15 pF。

器件型號在 RDS（on）、連續(xù)漏極電流 ID 的指定值以及表 1 中提供的封裝方面有所不同。

表 1：新型 C3M 650V MOSFET 的主要規(guī)格

降低 BOM 成本

新型 650V SiC 器件以多種方式幫助降低成本。與硅基 50V MOSFET 相比，Wolfspeed 的器件導(dǎo)通損耗降低多達(dá) 75%，開關(guān)損耗降低多達(dá) 650%，但功率密度提高了三倍，不僅有助于實現(xiàn)更高的效率，而且還降低了磁性元件和冷卻設(shè)備的 BOM 成本，從而節(jié)省了成本。

例如，電動汽車 （EV） 的 6.6 kW 雙向車載充電器 （OBC） 的典型 AC/DC 部分包括四個 650V IGBT、多個二極管和一個 700μH L1 電感器，占 BOM 成本的 70% 以上。該設(shè)計采用四個 650V SiC MOSFET 實現(xiàn)，需要的 L1 僅為 230 μH。與基于 IGBT 的設(shè)計相比，這可將 BOM 成本降低近 18%。

在 OBC 的 DC/DC 部分也可以看到類似的節(jié)省，因為磁性元件的成本顯著降低。

圖1：整體系統(tǒng)BOM成本比較表明，Wolfspeed基于SiC MOSFET的充電器解決方案可節(jié)省15%的成本。

在此應(yīng)用中，Wolfspeed 器件的總體典型 BOM 成本降低了約 15%，而峰值系統(tǒng)效率為 97%，而基于 Si 的系統(tǒng)為 94%（圖 1）。

利用參考設(shè)計加快上市時間

Wolfspeed 通過參考設(shè)計為其器件提供廣泛的支持，新的 MOSFET 在這方面也不例外。對于上述 OBC 應(yīng)用，該公司的全球應(yīng)用工程團(tuán)隊創(chuàng)建了一個 6.6 kW 雙向設(shè)計，具有 380 V 至 425 V 的直流鏈路和 250 V 至 450 V 的電池側(cè)輸出。

AC/DC 側(cè)采用高效且具有成本效益的圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是基于 Si 的實現(xiàn)無法在不犧牲復(fù)雜性和組件數(shù)量的情況下實現(xiàn)的。同時，DC/DC 側(cè)將開關(guān)頻率提升到 150kHz 至 300kHz 的較高范圍，比典型的硅實現(xiàn)速度快 3 倍。

審核編輯：郭婷