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汽车、5G电源和光伏是SiC发展的主要驱动力,模块化是其主要发展趋势

荷叶塘 来源:电子发烧友 作者:程文智 2020-09-04 17:47 次阅读
这几年来,碳化硅(SiC)市场正处在快速增长中,据市场调研机构预计,到2022年SiC的市场规模将达到10亿美元。电源的功率因数校正(PFC)、太阳能逆变器、光伏逆变器、不间断电源、5G、通信电源、高频开关电源领域等都有SiC器件的用武之地。


安森美半导体电源方案部产品市场经理王利民(Raymond Wang)看来,由于SiC与硅比较,具有高场强、高能隙,以及高电子迁移率和热导率等特性,更加适合新能源、汽车,以及通信等领域的应用,未来SiC市场容量将会每年都有大幅度增长。而主要驱动力将来自汽车、5G和光伏。


图:安森美半导体电源方案部产品市场经理王利民(Raymond Wang)。
正是看到了这个趋势,王利民表示,安森美在未来几年将会主要侧重于以下几个重点市场。

首先是汽车领域,包含两大方面,一是主驱,即主驱逆变器(Traction Inverter),以及车载充电器(OBC)和DC-DC。二是电动汽车充电桩。根据目前的国家策略,至2020年电动汽车充电桩的部署要达到非常大的数量。此外,新基建、新的内循环等一系列策略都在快速地带动电动汽车充电桩的发展。

二是可再生能源并非新市场
,且该市场在短期内一直会是整个市场的主方向及趋势。绿色、可再生能源一直处于快速增长中,有300多GW的安装能量。高压高频率器件在太阳能逆变器里都有非常大的市场空间。

三是5G通信电源领域,我国世界领先的5G以及在预研的6G,在这类领先的通信电源场合,5G的电源对于高效率的需求也是巨大的。

“安森美半导体碳化硅战略会侧重在电动汽车、电动汽车充电桩、可再生能源、新能源以及5G和通信电源等电源设备上。”王利民总结说。

SiC在汽车中的应用

具体来说,SiC在汽车中的应用包括在电动汽车和混动汽车上的应用。王利民预计电动汽车会是未来SiC的主要驱动力之一,占整个SiC总体市场容量的60%。


由于SiC每年可以增加多达750美元的电池续航能力,整车厂商有意愿采用SiC器件。碳化硅器件应用于主驱,OBC、DC-DC,可大幅度提高效率,因此能给电动汽车增加续航能力,有一些电动汽车从不可以销售变成可以销售,售价也大幅度地增长,因为续航里程和售价是成正比的。鉴于以上优点,目前几乎所有做主驱逆变器的厂家都以研究碳化硅做主驱为方向。

在OBC和DC-DC领域,绝大部分厂家是使用碳化硅器件作为高效、高压和高频率的功率器件。例如,美国加利福尼亚州已签署行政命令,到2030年要实现500万辆电动车上路的目标;欧洲也有电动汽车全部替换燃油车的时间表;而在中国各大一线城市,电动汽车可以零费用上牌。这一系列政策都推动了电动汽车的大幅增长,电动汽车对于高压、高频率和高效率器件的需求也推动了碳化硅市场的大幅增长。

SiC在5G电源和开关电源中的应用

SiC第二个用量比较大的市场是5G电源和开关电源(SMPS)领域。传统的开关电源领域在Boost及高压电源,对功率密度一直有着持之以恒的追求,从最早通信电源的金标、银标,到现在5G通信电源,云数据中心电源,这些都对于高能效有非常高的要求。


碳化硅器件没有反向恢复,使得电源能效非常高,可达到98%的能效。电源和5G电源是碳化硅器件最传统,也是目前相对较大的一个市场。

SiC在电动汽车充电器/桩上的应用

电动汽车在发展,与之配套的电动汽车充电桩必然也会大量部署,特别是今年,中国还将充电桩加入了“新基建”项目内,给充电桩市场注入了一支强心剂。


当然,充电桩实现的方案有很多种,现在消费者最感兴趣的就是直流快充。直流快充的充电桩需要非常大的充电功率以及非常高的充电效率,这些都需要通过高电压来实现。在电动汽车充电桩的应用里,碳化硅无论是在Boost,还是输出的二极管,目前有很多使用主开关的碳化硅MOSFET电动汽车充电桩方案,其应用前景非常广阔。

SiC在太阳能逆变器中的应用

作为传统的新兴市场,在太阳能逆变器领域,碳化硅二极管的使用量也非常巨大,每年太阳能逆变器的安装量也持续增长,预计未来10-15年将会有15%的能源(目前是1%)来自太阳能。


太阳能是免费的,且取之不竭用之不尽。国内已出台相关政策,个人可把太阳能电力卖回给国家电网。

碳化硅半导体可应用于太阳能逆变器的Boost,并且随着现在太阳能逆变器成本的优化,已经能看到不少厂家会使用碳化硅的MOSFET作为主逆变的器件,来替换原来的三电平(逆变器)控制复杂电路

政策驱动方面,欧盟有20-20-20目标,即到2020年,能效提高20%,二氧化碳排放量降低20%,可再生能源要达到20%。NEA也设定了清洁能源目标,到2030年要满足中国20%的能源需求。

满足车规级的SiC产品

据王利民介绍,安森美半导体曾经是JEDEC可靠性委员会的成员,在宽禁带可靠性标准委员会现已并入JEDEC标准委员会后,安森美半导体成为了可靠性标准委员会的专家之一。因此,安森美在碳化硅器件的可靠性方面具有很大的优势,在H3TRB测试(高温度/湿度/高偏置电压)里,“安森美半导体的碳化硅二极管可以通过1000小时的可靠性测试。实际测试中,我们会延长到2000小时,大幅领先于市场的可靠性水平。”他指出。


除了可靠性,王利民表示,安森美的碳化硅器件也具有很高的性价比。他举例说,同样的电源,如果替换成碳化硅方案,其体积、功率密度以及整体BOM成本都会得到优化。“例如,对于十几千瓦的升压或PFC或Boost方案,使用我们的碳化硅MOSFET的方案,不仅效率会大幅度提高,而且总的方案成本也会比IGBT方案低,这里并不涉及具体IGBT厂商。”


在王利民看来,汽车领域将会成为碳化硅最大的市场之一。安森美半导体提供整套方案,包括单管方案、模块方案,以及各种电动车和混动车的车载充电器方案,并可提供整套电路图纸、BOM以及实际的实物。


安森美在碳化硅产品布局方面也比较早,目前可以提供碳化硅二极管和MOSFET产品。王利民表示,“在1200V的碳化硅二极管产品中,我们有非常多电压、电流和封装选择,还有晶圆可供选择。我们的650V第1.5代具备世界领先的压降效率水平。此外,我们还有1700V的高压器件。在二极管部分,我们还有650V第1.0代。”

他还强调说,安森美半导体的碳化硅器件全都满足汽车规范,包括模块。

在介绍碳化硅二极管时,他特意强调了安森美碳化硅二极管的两个特性:浪涌能力和雪崩。

因为碳化硅二极管有一个痛点,那就是他需要非常大的冲击电流,因为它的应用不管是在boost还是PFC都是需要扛住浪涌电流。“针对这一点,安森美半导体为工程师和设计专家提供了一处非常贴心的设计。以1200V 15A的碳化硅二极管为例,在毫秒级安森美半导体的碳化硅二极管有10倍的过滤,在微秒级有50倍的过滤。”王利民指出。

另外,由于针对电动车主驱或者马达驱动的应用里对碳化硅二极管有雪崩的要求,因此,安森美半导体特意推出了具有雪崩功能的碳化硅二极管。

此外,在碳化硅MOSFET方面,安森美的MOSFET几乎涵盖了市面上所有主流的碳化硅MOSFET,包括20mΩ、40mΩ、80mΩ、160mΩ,TO247封装,TO247的4条腿以及D2PARK的7条腿封装,并且所有的产品都提供工业规范和汽车规范。其900V的碳化硅MOSFET包含了20mΩ、60mΩ等市面上主流的规格。

总结

谈到碳化硅器件的发展趋势,王利民认为,整个碳化硅市场一直都会是分立器件和模块两者共有的市场。但未来发展来看,模块是碳化硅器件的一个重要发展方向。模块的设计主要集中在比较大的功率方面,比如几十千瓦或几百千瓦级别的车载逆变器。

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NLU1G32 单路2输入或门

NLSX4378A 电平转换器 4位 24 Mbps 双电源

78A是一款4位可配置双电源双向自动感应转换器,不需要方向控制引脚。 V CC I / O和V L I / O端口设计用于跟踪两个不同的电源轨,V CC 和V L 。 V CC 电源轨可配置为1.65V至5.5V,而V L 电源轨可配置为1.65V至5.5V。这允许V L 侧的电压逻辑信号在V CC 侧转换为更低,更高或相等值的电压逻辑信号,反之亦然。 NLSX4378A转换器在I / O线上集成了10K欧姆上拉电阻。集成的上拉电阻用于将I / O线上拉至V L 或V CC 。 NLSX4378非常适合开漏应用,例如I 2 C通信总线。 特性 优势 宽VCC工作范围:1.65V至5.5V 宽VL工作范围:1.65V至5.5V 允许连接多个电压系统 高速,24 Mb / s保证数据速率 最大限度地减少系统延迟 低位偏移 适合差异信号传输 小型包装 - 2.02 x 1.54mm uBump12 节省物理空间解决方案 应用 终端产 I2C,SMBus,PMBus 低压ASIC级别转换 手机,PDA,相机 电路图、引脚图和封装图...
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NLSX4378A 电平转换器 4位 24 Mbps 双电源

NLSX4401DFT2G 1位20 Mb / s双电源电平转换器

01是一款1位可配置双电源双向自适应传感转换器,不需要方向控制引脚.I / O VCC和I / O VL端口分别用于跟踪两个不同的电源轨,VCC和VL 。 VCC和VLsupply轨道均可配置为1.5 V至5.5 V.这样,VL侧的电压逻辑信号可在VCC侧转换为更低,更高的等值电压逻辑信号,反之亦然.NLSX4401转换器已集成I / O线上有10 k上拉电阻。集成的上拉电阻用于将I / O线上拉至VL或VCC。 NLSX4401非常适合开放式应用,如I2C通信总线。 特性 VL可以小于,大于或等于VCC 宽VCC工作范围:1.5 V至5.5 V 宽VL工作范围:1.5 V至5.5 V 高速,24 Mb / s保证日期速率 低位偏斜 启用输入和I / O引脚是过压容差(OVT)以使能输入和I / O引脚是过压容差(OVT)至5.5 V 非优先通电排序 断电保护 应用 终端产品 I2C,SMBus,PMBus 低压ASIC级别转换 手机,相机,消费品 电路图、引脚图和封装图...
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NLU1GT125 单个非反相缓冲器 3态

125 MiniGate™是一款先进的CMOS高速非反相缓冲器,占用空间极小。 NLU1GT125要求将3状态控制输入()设置为高,以将输出置于高阻态。器件输入与TTL型输入阈值兼容,输出具有完整的5.0 V CMOS电平输出摆幅。无论电源电压如何,当施加高达7.0伏的电压时,NLU1GT125输入和输出结构都能提供保护。 特性 高速:t PD = 3.8 ns(典型值)V CC = 5.0 V 低功耗:I CC =1μA(Max),TA = 25°C TTL兼容输入:V IL = 0.8 V; V IH = 2.0 V 输入时提供断电保护 平衡传播延迟 超小无铅封装 应用 ASIC FixesSimplified PCB RoutingGlue LogicSystem IntegrationVoltage Translation 电路图、引脚图和封装图...
发表于 08-01 17:02 127次 阅读
NLU1GT125 单个非反相缓冲器 3态

FSA839 低压 带关断隔功能的0.8Ω单刀双掷(SPDT)模拟开关

是高性能的单刀双掷(SPDT)模拟开关,用于由低电压(1.8V)基带处理器或ASIC驱动的音频应用。该器件在V CC = 4.5 V时具有0.8Ω(最大值)的超低R ON ,可在1.65V到5.5V的宽V CC 范围内工作。该器件采用亚微米CMOS FSA839在低电压ASIC和常规的音频放大器之间连接,CODEC在高达5.5V的工作电压范围内运行。控制电路允许控制引脚(Sel)上提供1.8V(典型值)信号。 应用 多媒体平板电脑 存储和外设 手机 WLAN网卡和宽带接入 PMP / MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 08-01 01:02 177次 阅读

NXH240B120H3Q1 功率集成模块(PIM)3通道1200 V IGBT + SiC升压 80 A IGBT和20 A SiC二极管

B120H3Q1PG是一款3通道1200 V IGBT + SiC Boost模块。每个通道包括一个快速开关80 A IGBT,一个20 A SiC二极管,一个旁路二极管和一个IGBT保护二极管。该模块具有内置热敏电阻并具有压配销。 特性 优势 1200 V快速开关IGBT 降低IGBT的开关损耗可实现更高的fsw和更紧凑的设计 1200 SiC二极管 降低二极管的开关损耗可实现更高的fsw和更紧凑的设计 低Vf旁路二极管 提高旁路模式的效率 压合销 无焊接安装 应用 终端产品 太阳能逆变器升压阶段 分散式公用事业规模太阳能逆变器 商业串式逆变器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 08:02 251次 阅读

NXH80B120H2Q0 功率集成模块 双升压 1200 V 40 A IGBT + 1200 V 15 A SiC二极管

120H2Q0SG是一款功率集成模块(PIM),包含一个双升压级,由两个40A / 1200V IGBT,两个15A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 2.2 V,ESW = 2180 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.4 V 用于高速切换的SiC二极管 可焊接引脚 轻松安装 双升压40 A / 1200 V IGBT + SiC整流器混合模块 热敏电阻 应用 终端产品 太阳能逆变器升压阶段 太阳能逆变器 UPS 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 08:02 170次 阅读

NXH100B120H3Q0 功率集成模块 双升压 1200 V 50 A IGBT + 1200 V 20 A SiC二极管

B120H3Q0是一款功率集成模块(PIM),包含一个双升压级,由两个50A / 1200V IGBT,两个20A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 1.77 V,ESW = 2200 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.44 V 用于高速开关的SiC二极管 焊针和压合销选项 灵活安装 应用 终端产品 MPPT提升阶段 Bat tery Charger Boost Stage 太阳能逆变器 储能系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 07:02 170次 阅读

FPF2G120BF07AS 具有NTC的F2,3ch升压模块

一种快速,可靠的的安装方式。 特性 高效率 低传导损耗和开关损耗 高速场截止IGBT SiC SBD用作升压二极管 内置NTC可实现温度监控 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-31 04:02 230次 阅读

NCP566 LDO稳压器 1.5 A 超高PSRR 具有快速瞬态响应

低压差(LDO)线性稳压器将在固定输出电压下提供1.5 A电流。快速环路响应和低压差使该稳压器非常适用于低电压和良好负载瞬态响应非常重要的应用。器件保护包括电流限制,短路保护和热关断。 NCP566采用SOT-223封装。 特性 超快速瞬态响应(
发表于 07-30 08:02 142次 阅读
NCP566 LDO稳压器 1.5 A 超高PSRR 具有快速瞬态响应

NCP3284 4.5V至18V 30A高效率 DC / DC转换器 采用耐热增强型5mm x 6mm封装

4是一款30A POL,适用于在小型电路板占板面积内要求高效率的应用。该器件将DC / DC控制器与两个高效mosfet集成在一个采用热增强型5mm x 6mm QFN封装的信号中。它采用获得专利的增强型斜坡脉冲调制控制架构,可提供超快的负载瞬变,从而减少外部电容和/或提供更好的瞬态容差。与传统的恒定时间控制器相比,新架构还改进了负载调节。 特性 优势 效率高 减少电力损失 快速装载瞬态 减少输出电容的数量 频率选择 优化效率和输出滤波器尺寸的权衡 0.6%准确参考 允许非常精确的输出电压 远程感知 提供准确的输出电压 启用输入和电力良好指标 二手用于控制排序 可调节电流限制 低电流设计的灵活性 可调节软启动 允许控制开启坡道 热增强型QFN封装 改善散热 指定-40C至125C 应用 终端产品 服务器 网络 电信 ASICs servere 存储 网络 电路图、引脚图和封装图...
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NCP3233 降压转换器工作电压范围为3V至21V 最高可达20A

3是一款20A降压转换器(内置MOSFET),工作电压范围为3V至21V,无需外部偏置。该固定式变频器具有高效率,可调节输出以提供低至0.6V的电压。可调电流限制允许器件用于多个电流水平。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,高效电压模式同步降压转换器,工作电压为3 V至21 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围为3V至21V 允许同一器件用于3.3V,5V和12V母线 300kHz,500kHz和1MHz开关频率 用户可选择的选项,允许在效率和解决方案尺寸之间进行优化权衡 无损耗低侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 低压输出以适应低压核心 外部可编程软启动 降低浪涌电流并防止启动时出现无根据的过电流 预偏置启动 防止反向电流流动 所有故障的打嗝模式操作 如果故障情况消除,则允许重新启动 可调输出电压 灵活性 可调节电流限制 优化过流条件。允许较低饱和电流的较小电感器用于较低电流应用 输出过压保护和欠压电压保护 应用 终端产品 高电流POL应用 AS...
发表于 07-30 04:02 462次 阅读

NCP3231A 高电流同步降压转换器

1A是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出o电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
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NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

1B是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 1MHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出ove r电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
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NCP3231 高电流同步降压转换器

1是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低 - 侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出过压保护和欠压保护 使用热敏电阻或传感器进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电力良好输出 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
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NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

2是一款低输入电压,6 A同步降压转换器,集成了30mΩ高侧和低侧MOSFET。 NCP1592专为空间敏感和高效应用而设计。主要特性包括:高性能电压误差放大器,欠压锁定电路,防止启动直到输入电压达到3 V,内部或外部可编程软启动电路,以限制浪涌电流,以及电源良好的输出监控信号。 NCP1592采用耐热增强型28引脚TSSOP封装。 特性 30mΩ,12 A峰值MOSFET开关,可在6 A连续输出源或接收器处实现高效率电流 可调节输出电压低至0.891 V,准确度为1.0% 宽PWM频率:固定350 kHz,550 kHz或可调280 kHz至700 kHz 应用 终端产品 低压,高密度分布式电源系统 FPGA 微处理器 ASICs 便携式计算机/笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
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NCP3230 DC / DC转换器 4.5 V至18 V 30 A.

C转换器采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,可提供高达30 A的电流。 特性 优势 效率高 降低功耗并减少散热问题 4.5 V至18 V输入范围 允许使用5 V或12 V母线进行操作 综合mosfets 简化设计并提高可靠性 可调节软启动时序,输出电压 设计灵活性 过压,欠压和过流保护 安全启动到预偏置输出 应用 终端产品 高电流POL应用 为asics,fpga和DSP供电 基站 服务器和存储 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 201次 阅读

NCP3235 4.5 V至21 V 集成MOSFET的DC / DC转换器

5是一款带内部MOSFET的15 A DC / DC转换器,设计灵活。该器件可提供低至0.6V至输入电压80%以上的可调输出电压。功能包括可调电流限制,输出电压和软启动时序。引脚可选功能可实现550 kHz或1 MHz的开关频率,选择DCM / CCM工作模式,以及在过流期间锁定或打嗝模式的能力。该器件可配置为在超声模式下工作,以避开音频带。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm TQFN封装。 特性 优势 准确0.6 V参考 可调输出以设置所需电压低至0.6 V DCM / CCM可选择选项 在不连续模式下操作以在轻负载下提高效率 550kHz / 1.1MHz开关频率 选择更高效率或更小输出滤波器的设计灵活性 超声波模式 保持电容器不发出声音 热增强型QFN封装 3个裸露焊盘散布更高 4.5 V至21 V的宽工作范围 允许跨多个应用程序使用 可调软启动 允许在通电期间平稳上升 应用 终端产品 计算/服务器 数据通信/网络 FGPA,ASIC,DSP电源 12 V负载点 桌面 服务器 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 243次 阅读