安森美：SiC、GaN助力更小電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)發(fā)展

根據(jù)IHS Markit分析，由于混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車，電源和太陽(yáng)能逆變器主要應(yīng)用市場(chǎng)的需求，預(yù)計(jì)2020年碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體的新興市場(chǎng)將達(dá)到近10億美元。全球主要功率半導(dǎo)體供應(yīng)商TI、ST、Maxim、高通、ADI等紛紛搶攻推出新品。

圖：安森美半導(dǎo)體工業(yè)及云電源公司營(yíng)銷及策略經(jīng)理Ali Husain。

安森美半導(dǎo)體工業(yè)及云電源公司營(yíng)銷及策略經(jīng)理Ali Husain在日前接受<電子發(fā)燒友>關(guān)于電源設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)及趨勢(shì)主題采訪時(shí)表示，功率損耗和系統(tǒng)尺寸是電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。相比以往電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的硅材料，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等材料的更低損耗可降低功率損耗，使用這些寬禁帶（WBG）產(chǎn)品，使系統(tǒng)體積可以通過(guò)減少散熱器或增加開(kāi)關(guān)頻率變得更小，從而使無(wú)源元件更小。

業(yè)界認(rèn)為，由于SiC和GaN比Si材料高3倍的能量帶隙、10倍的介電場(chǎng)強(qiáng)以及更快的開(kāi)關(guān)速度和熱導(dǎo)率。使得前者擁有更高的功率密度、更加環(huán)保，且能讓電源系統(tǒng)更小更薄、更優(yōu)化的成本和較低的工作溫度和熱應(yīng)力。整個(gè)第三代半導(dǎo)體系統(tǒng)比硅系統(tǒng)更好。

安森美半導(dǎo)體作為電源半導(dǎo)體重要供應(yīng)商之一，投入了大量資金研發(fā)寬禁帶（WBG）產(chǎn)品。安森美半導(dǎo)體定位為以合理成本提供最可靠的WBG產(chǎn)品，產(chǎn)品范圍寬廣，涵蓋SiC二極管、SiC MOSFET和氮化鎵(GaN)，以滿足對(duì)電力電子設(shè)備更高能效、更小體積及更低溫度的要求。

以汽車應(yīng)用為例，在汽車功能電子化的趨勢(shì)下，為實(shí)現(xiàn)更高的能效，要提高電池電壓，這就需要考慮寬禁帶方案。如SiC可用于要求小型化、高功率的應(yīng)用，如牽引逆變器，采用400V電池的逆變器能效增加65%，采用800V電池的逆變器能效提升則可達(dá)80%。GaN則在車載充電(OBC)方面更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镺BC的可用空間有限，而GaN頻率范圍更高，可縮減系統(tǒng)體積，降低開(kāi)關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)更高能效。

另一方面，受可再生能源市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)推動(dòng)，對(duì)電源和太陽(yáng)能逆變器提出了更高的效率和功率密度要求，而搭載了WBG產(chǎn)品的高性能應(yīng)用將完美解決這一問(wèn)題。

Ali Husain指出，替代能源和能源儲(chǔ)存系統(tǒng)將繼續(xù)從較高功率系統(tǒng)轉(zhuǎn)向較低功率系統(tǒng)。這可以通過(guò)采用較小組的面板以最大功率點(diǎn)工作來(lái)增加太陽(yáng)能電池陣列產(chǎn)生的總功率。此外，分布式能源資源，如住宅太陽(yáng)能，存儲(chǔ)和虛擬發(fā)電廠，將有助于推動(dòng)轉(zhuǎn)向更小電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展。

不僅如此，WBG產(chǎn)品在照明領(lǐng)域節(jié)能90%，電力電子節(jié)能30%以上，系統(tǒng)體積減少三分之二。同時(shí)，它也是5G必須的基本材料。

Ali Husain表示，像碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）這樣的寬禁帶材料是提高功率密度和轉(zhuǎn)換效率以及減小尺寸的領(lǐng)先技術(shù)。由于這些材料具有較低的導(dǎo)電損耗并且還可以更高的頻率開(kāi)關(guān)，電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在這些要求之間選擇新的，更好的權(quán)衡取舍。如選擇更高的頻率，諸如電容器和電感器的無(wú)源元件的尺寸可更小，或保持相同的開(kāi)關(guān)頻率，但損耗可更低，并且可以使散熱器和整體尺寸更小。即使寬禁帶半導(dǎo)體的成本增加，但整個(gè)系統(tǒng)的成本仍可保持不變甚至更低。