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[导读]日前,UnitedSiC推出业界最小导通电阻RDS(on)6mΩ的750V第四代碳化硅场效应管,并一口气推出9款全新的UJ4C/SC器件。

日前,UnitedSiC推出业界最小导通电阻RDS(on)6mΩ的750V第四代碳化硅场效应管,并一口气推出9款全新的UJ4C/SC器件。

“碳化硅适用于越来越多的应用场景,带来更便捷的设计。UnitedSiC注意到客户在追求最优秀的性能和设计灵活性时,需要更高的能效、更好的成本、更强的鲁棒性和更多的设计裕量。为了让客户针对不同应用领域部分有更灵活的选择,所以一口气更新如此众多产品”,UnitedSiC公司FAE经理Richard Chen在新品发布之际对21ic电子网记者如是说。

导通电阻暂无敌手,新器件针对牵引市场

据了解,去年年底,UnitedSiC曾发布UJ4C/SC器件18mΩ和60mΩ的4款产品,彼时这些产品主要为满足新能源、OBC需求而生。

本次发布9款UJ4C/SC则主要是着重在牵引部分市场,RDS(on)涵盖6/9/11/23/33/44mΩ,为客户提供最佳的设计灵活性。

尤其是业界最低RDS(on)6mΩ器件专门针对电动车牵引逆变器需求所设计,可以维持5μS的短路耐受能力。Richard强调,这5μS可以充分提供客户进行异常保护的反应时间,由此可以提高整体的可靠度。

为什么UnitedSiC要发布多达9款750V产品?“事实上,我们的目的非常简单,就是要为客户提供设计上的灵活度。因为针对客户不同的设计需求或者是功率等级方面,客户考虑的条件包括能耗最佳化、成本优化、解决散热问题”,Richard如是说。

下方图表可看出,通过本次和既往的发布,UnitedSiC不仅能够提供客户所需各种市场常见功率等级,还可提供业界最高导通电阻的产品。

Richard为记者展示一组公开资料显示,去年UnitedSiC在650V上就已发布业界最低RDS(on)的7mΩ产品。透过650V到750V的转换之下,6mΩ的RDS(on)依然不到竞品的一半。

通过上述公开资料不难发现,目前仅有少数企业进发750V市场。“目前已看到其他厂商进迈入750V市场,观望目前的市场,动力电池有着将电压提高到500V的需求,能够预见未来会有更多厂商跟进”,Richard如是说。

记者了解到,部分企业也将750V规划在自己2022年的远景之中,在电动汽车市场的新需求之下,也将掀起750VSiCFET的热潮。

优异软硬开关性能,接近碳化硅理论限制

通过与650VSiCMOSFETs的竞品相比,UJ4C/SC拥有优异的性能指数。整个器件不止在满载上拥有极佳效能,在轻载到中载部分上也能提供更好的效能。

在RDSA部分,常用温度范围下产品能够提供极低的导通损耗。换言之,假若客户所设计的产品考虑到面积或包装形态时,在一个温度范围内能够提供最低的传导损失。这意味着同样的包装之下,搭载产品能够获得最低的阻抗。

在硬开关部分,选用器件除了考虑RDS(on),同时也要考虑切换损失Eoss/Qoss,透过二者的乘积硬开关性能表征(FoM)来看,拥有比竞争对手将近倍的效能。

在软开关部分,低RDS(on)xCoss,tr使软开关应用的功率密度更高。驱动方面,只需要与硅基超结一样的0~12V驱动电压,对比目前市场上的SiCMOSFET的15~18V的驱动电压来说,较低的QgxVdrive,可以大大减少栅极驱动的损耗。

“我们已经可以提供一个非常接近完美的开关技术在市场上”,通过以下图示来看,UnitedSiC的第四代SiCFET已经接近碳化硅的电压和RDSA的理论限制,并且远超硅基超结和目前SiCMOSFET。

动力电池提高到500V,750V SiCFET是关键

Richard告诉记者,碳化硅着重的市场主要是电动汽车的市场。实际上,两年前的电动汽车领域主流SiCFET电压值多为650V,要么上至1200V。目前动力电池电压在300V-400V左右,行业普遍想将动力电池电压提高到500V。

由于碳化硅材料本身具备耐高压、低阻抗的特性,所以UnitedSiC在初步定义第四代产品时便将750V作为目标,750VSiCFET对于动力电池500V的设计目标拥有相当充分的裕量。

电机驱动功率等级通常非常大,同时终端用户希望将动力电池电压提高到500V。通过本次750V全新产品的发布,能够简单满足客户设计需求,且拥有一定的设计裕量。6mΩ、9mΩ、11mΩ产品可以进行不同的并联设计,来针对不同功率等级需求。

目前市场上,牵引逆变器应用成熟设计通常为IGBT与二极管的形式达到200kW的设计。通过本次发布的6mΩ器件单管6颗并联方式,在200kW下能够减少3.1倍的整体功率损耗。

当然,实际上电动车在大部分运行中都是轻载到中载之间,6mΩ器件在轻载中损失能够减少5-6倍。这是因为IGBT本身存在膝点电压,SiCFET则没有这个问题,有负载条件下切换损失较低。综上,UnitedSiC所新发布的器件在轻载、中载、满载的不同条件之下都能维持非常高的效能。

反之对比市面上其他SiCFET牵引逆变器产品,UnitedSiC在给定面积下可提供更低的传导损耗,或在相同损耗下提供更小的芯片面积。

轻松应对各种场景,提升客户设计灵活度

在新产品发布后,UnitedSiC除了能够赋能牵引逆变器极佳效能和成本,产线的补足也让UJ4C/SC能够更加灵活应对各种场景的设计。

目前来说,碳化硅产品被大量使用在OBC和DC/DC应用之上,透过本次发布的系列产品,UnitedSiC认为不同瓦特数从11mΩ-16mΩ能够满足EV的OBC的硬开关的应用或者是输出级的CLLC的软开关应用,都能够提高较好的效能。由于UnitedSiC的驱动非常简单,只需要0-12V,因此客户能够大大降低驱动电路的设计复杂度。

在电动汽车无线充电上,可利用产品在二次侧整流部分实现Cascode+JFET架构。无线充电时,如果有任何讯号遗失或不良状况发生时,电网会因对二次侧持续传递能量而破坏车端设备。JFET本身是常态导通器件,因此在讯号遗失时,利用UnitedSiC的JFET能够将变压器两端信号短路,让受电端和电网隔离开,继续做能量传导,避免更大的损害产生。

电动充电应用属于较为成熟的领域,但是车辆种类越来越多,所需要环境或是功率等级也不同。因此系列产品从6mΩ-60mΩ,能够让客户获得更多的选择性。

传统的断路器保护应用采用机械断路器时,需要灭弧装置,避免电弧的产生,因此体积非常庞大。通过6mΩ、9mΩ、11mΩ这样低RDS(on)器件,来实现电子式断路器的设计概念。由于电子式断路器无需使用灭弧装置,所以整体体积会大幅减小,并提高功率密度。

传统IT基础市场大部分使用的是硅基超结MOSFET,而UnitedSiC的产品驱动是与硅基超结是通用的,因此客户端无需过多变更既有的设计,就可导入碳化硅器件提高平台效率与效能。

在图腾柱PFC应用上,Richard为记者展示了一组3.6kW的设计,图中显示在不同RDS(on)下每个最佳效率点是不同的。因此客户可通过一系列产品,根据不同的功率等级,实现效能或成本最佳化,提供更好的市场竞争力。

在DC/DC设计上,Richard为记者展示了一组3kW的设计,图中显示将31mΩ的硅基超结MOSFET设计置换为UnitedSiC的23mΩ或33mΩ,即可立即获得0.5%的效率提升。从轻载、中载、满载上来看,均拥有更高的效率。

新版计算工具随之而来,未来市场地位可盼

据了解,UnitedSiC在新产品发布之际同时还发布了新版FET-Jet计算工具2.0,内部包含26种电源拓扑以及客户常用的AC/DC、DC/DC(非隔离型)、DC/DC(隔离型)的拓扑。值得一提的是,客户可以无需任何注册,即可轻松获得初步设计最佳元器件。

记者认为,电源市场越来越趋向补全产线,以备客户最佳的灵活度,本次UnitedSiC也将格局逐渐打开,扩充其在市场的地位。目前碳化硅市场,有些企业看好模组化方案,很多成功案例也是基于分立器件的,实际上二者将会是并存的。特别是UnitedSiC的器件由于是0-12V的驱动,在导向市场大量很成功的硅基超结分立应用时可几乎“无缝切换”。在UnitedSiC的6mΩ业界最低导通电阻加持之下,能够预见其在市场的全新地位。

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