解读安森美的SiC优势和应用布局，助力可持续发展未来

随着碳中和碳达峰的目标迫近，实现低碳可持续发展成为了业界关注的焦点。而这也让近日在上海召开的PCIM Asia2023变得异常火热，众多国际领先的电源和功率器件厂商都展示了自己全新的产品和技术。而在安森美(onsemi)的展台上，我们也看到了其最新的SiC器件、模块、光储充方案、新能源汽车解决方案等等一系列的demo展示。同时，我们也有幸在现场采访到了安森美的工业和高性能电源转换市场应用工程高级经理WK Chong先生，他针对能源、汽车电气化、SiC、智能电源等热门话题进行了精彩的分享。

安森美的SiC优势：全产业链、高能效和易用性

据Yole预计，功率SiC市场规模将于2027年达到60亿美元。凭借着更好的能效、开关速度和耐压表现，SiC将会在电动汽车、可再生能源、工业等高能耗领域发挥巨大的作用，进一步推动整个社会进入可持续发展的未来。

而安森美作为电源领域的领军企业，对于SiC技术创新和应用方向也进行了全面的布局。相比其他友商，安森美的SiC具有几大优势：分别是更好的能效表现、创新封装技术、易用性和端到端的全产业链供应体系。

首先在产品的能效方面，安森美的SiC器件保持了持续领先。据WK Chong介绍，在此次展会上展示出的最新一代汽车和工业1200 V M3S EliteSiC MOSFET系列的产品，具有领先业界的超低开关损耗Eon/Eoff 值，可实现高频开关， 低反向恢复损耗，结到外壳的热阻低。此外，坚固可靠的技术符合AEC-Q101标准，可承受175°C 的温度。特别适用于图腾柱 PFC、光储充中Boost升压硬开关拓扑。

同时安森美还提供了配合SiC MOSFET的图腾柱拓扑的关键器件，来进一步提高电源效率。据WK Chong分享，在传统的PFC电路中，整流桥二极管中的损耗约占总损耗的20%左右。然而，用 “图腾柱”配置的开关取代有损耗的二极管，并拉入升压PFC功能，可减少电桥损耗，显著提高整体能效。安森美(onsemi)使用图腾柱无桥控制器NCP1681和LLC控制器NCP4390带同步整流输出的3kW电源设计，结合650V EliteSiC MOSFET的低损耗，相较传统PFC之转换效率可以提升3%~4%，符合未来电源节省能源，降低成本，提高系统容量之诉求，同时能在紧凑外形设计中实现出色的效率。

安森美的SiC系列产品的第二大优势在于，采用了创新的封装技术，从而提供了更好的可靠性和散热性能。相比IGBT，SiC器件的散热要求可能更高，因为通常在同样的功率下，SiC器件要比IGBT小的多，所以更需要把热量快速传递出去。而对于散热的设计，和封装技术的关系极大。安森美通过DBC材料的升级，极大改善了SiC器件的散热效率。

据WK Chong介绍，封装是芯片到应用的重要一环，特别在大功率的电力电子应用中，尽管新一代SiC材料较Si材料在材料性能上有很大的优势，但是传统模块设计很多时候基于Si设计并不完全适用于全SiC模块，例如DBC Substrate。传统的混合SiC模块多是采用氧化铝(Al2O3)陶瓷基板材料。安森美在全SiC模块 F2 封装上，采用氮化硅(Si3N4)基板取代(Al2O3)陶瓷基板以降低热阻。Si3N4陶瓷具有更高的热导率，和氧化铝基板相比、拥有三倍以上的热导率，热膨胀系数（2.4ppm/K）较小，具有良好的热匹配性。

第三大优势，是在易用性方面。我们知道SiC器件虽然近几年很火，但相比IGBT等仍是比较新的电路设计。为了帮助工程师加快产品设计，快速实现器件选型和评估，安森美提供了全面的仿真工具。

针对SiC应用，安森美的在线Elite Power 仿真工具和 PLECS 模型自助生成工具 (SSPMG) 所具有的技术都基于半导体物理学的物理原理。可扩展 SPICE 建模的引入替代了行为较不准确的SPICE模型。安森美的物理 SPICE 模型可捕捉复杂效应，SiC MOSFET 和 IGBT反向恢复、自发热以及因制造中的工艺技术分布而引起的电气参数变化。以非常易用和简单的在线Elite Power仿真工具，助力客户在系统级仿真中准确预测设计性能（损耗、温度、ZVT/ZVS、效率），简化了不同开关拓扑性能的评估。在许多情况下，应用设计人员可以避免由于估算错误以及设计周期长于预期而导致的大量重复设计。

最后一点值得强调的，安森美在SiC器件上尤为关键的优势在于——垂直的端到端供应链。据悉，在掺杂良率的控制上、包括在碳化硅切割上，是需要有一定的技术累积的。有了足够的技术积累，不仅能够提供更可靠的产品，而且在产品的成本上也能够做到更好。据WK Chong介绍，安森美从IP、到Substrate、到Wafer、后道封装等都是自主把控，所以供应链不会受到其他的外界干扰和影响，这种垂直供应的模式能够最大限度保证客户的供货。

全面布局汽车、工业和能源类应用

在应用布局上，SiC能够在汽车电气化、工业和能源等应用上发挥其高能效的优势。而安森美也在此次PCIM上展示了多款Demo，其中除了SiC器件和模块外，还有IGBT的新产品以及诸多智慧电源的IC产品。

光储充解决方案

要实现低碳可持续发展，则必然要提高可再生能源的使用率。而光伏逆变器作为太阳能转换的关键，安森美在此次展会上展示了“320kW 组串式光伏逆变器”和“11 kw光储智能住宅光伏逆变器”。而除了这两个demo外，现场还罗列展示更多能为光伏市场提供涵盖低、中、高功率范围的功率集成模块（PIM），可提供高能效、高可靠性的逆变器设计。

据WK Chong分享，目前光伏系统中SiC的渗透率正在加速。某些光伏的客户今年采用SiC的产品比例大概是20～30%；而明年将会上升到50%。

电动汽车主驱和充电方案

在用能端，要实现低碳可持续发展，电动汽车的应用是关键。而在电动汽车的应用中，主驱逆变器、辅逆变器、OBC充电方案是汽车电气化的核心系统。

在PCIM的现场，安森美展出了高集成度的主驱逆变器模块VE-Trac、第七代IGBT（FS7 IGBT）、直流快充方案、车载充电机的方案等。

据WK Chong介绍，1200V FS7 IGBT是安森美在中国区首次展示。新的1200V沟槽型场截止（FS7）IGBT在高开关频率能源基础设施应用中用于升压电路提高母线电压，及逆变回路以提供交流输出。FS7器件的低开关损耗可实现更高的开关频率，从而减少磁性元件的尺寸，提高功率密度并降低系统成本。对于高功率能源基础设施应用，最新的1200V FS7 IGBT包括高速（S系列）和中速（R系列）版本。所有器件都含一个优化的二极管，实现低VF，减少开关损耗，可在高达175℃的结温（TJ）下工作。S系列器件如FGY75T120SWD的开关性能领先市场现有1200V IGBT。经7倍额定电流的测试，这种高可靠性的IGBT产品展现出出类拔萃的抗闩锁能力。R系列针对以导通损耗为主的中速开关应用如电机控制和固态继电器进行了优化。

工业智能电源方案

除了可再生能源和汽车外，工业也是可持续发展的重点优化方向。传统工业的升级改造，有着巨大的碳排放优化空间。

安森美在此次PCIM上展出了工业级自动化方案、智能电源方案、超高密度（UHD）方案、高密度3kWPFC+LLC方案。

其中超高密度（UHD）方案，采用图腾柱功率因数校正（PFC）、LLC和EliteSiC设计，适用于严苛、高性能和空间受限的电源应用。

结语

要实现低碳可持续发展，就必然要提高能源产生和转换效率，功率器件是其中的关键。安森美提供了IGBT、SiC MOSFET、SiC模块、PIM等一系列领先的功率器件和解决方案，并提供了高效率准确的仿真方案，助力客户的高效电源设计。

而随着SiC的渗透率在汽车、工业和可再生能源系统中的提高，SiC在整个市场仍处于非常紧俏的需求状态。WK Chong表示，安森美在SiC方面今年将继续加大产能扩充，同时继续追求优化产品良率。而未来8英寸晶圆厂投产时，SiC的成本优势将会进一步扩大。