英飞凌在SiC产品上的价值主张：新增650V系列扩大目标市场

单祥茹

碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）属于宽禁带（WBG）材料，他们本身所具有的更高开关频率、工作温度和电压处理能力等特性，對能效和开关频率极其敏感的应用而言极其珍贵，比如数据中心、电动汽车等。在应用上，GaN一般用于小于1000V，低于3kW的应用。SiC的电压通常超过1000V，并且电流水平更高，如50A及以上，主要用作大功率高频功率器件。根据IHS的预估，SiC今年将有近5000万美元的市场份额（不包含电动汽车、军事和航空）。由于在电源供应器、不间断电源（UPS）、电动汽车充电、马达驱动，以及光伏和储能系统等领域的应用不断深入，到2028年，SiC的市场份额有望上升到1.6亿美元。

英飞凌的碳化硅家族

随着市场规模的扩展，现在进入S i C MOSFET领域的企业越来越多，总体来看，英飞凌是全球市场占有率最高的供应商。据英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源介绍，在整个功率器件（Power Device）市场，英飞凌还是独家掌握Si、SiC和GaN等所有功率半导体技术的公司，目前公司的硅产品包括低压MOS、高压MOS，以及IGBT等。

在SiC材料中，肖特基二极管可以达到更高的击穿电压。目前英飞凌的SiC产品系列覆盖了 600V、650V、1200V的肖特基二极管。在SiC MOSFET方面，英飞凌的CoolSiC？ MOSFET系列是首款面向光伏逆变器、电池充电设备及储能装置的产品，已经面世的1200V CoolSiC MOSFET，其优势包括：1200V级开关中最低的门极电荷和器件电容电平、反并联二极管无反向恢复损耗、低切换损耗不受温度影响以及无阈值导通特性。今年2月底，英飞凌再次推出8个CoolSiC？ MOSFET产品，进一步丰富了公司的SiC产品线，有力地拓展了公司CoolSiC？ MOSFET的市场边界。

650V CoolSiC MOSFET的优势和价值

650 V CoolSiC MOSFET器件的额定值在27 mΩ～107 mΩ之间，既可采用典型的TO-247 3引脚封装，也支持开关损耗更低的TO-247 4引脚封装。与过去发布的CoolSiC MOSFET产品相比，全新的650V CoolSiC MOSFET系列基于英飞凌先进的沟槽半导体技术，通过最大限度地发挥SiC强大的物理特性，确保了器件具有出色的可靠性、出类拔萃的开关损耗和导通损耗。此外，器件还具备最高的跨导水平（增益）、4V的阈值电压（Vth）和短路稳健性。总之，沟槽技术的采用，使得650V CoolSiC MOSFET在应用中能够实现最低的损耗，并在运行中实现最佳的可靠性。

650 V CoolSiC？ MOSFET最具价值的优势主要体现在以下几个方面：

RDS（on）与温度的相关性达到最佳：通常，超低导通电阻（RDS（on））与温度密切相关。当器件在高温下运行时，优异的导热性能特别重要。得益于超低（RDS（on）），650 V CoolSiC MOSFET具备出色的热性能。通过陈清源的详细分析，我们了解到：由于不能达到100%的转换效率，电源系统在工作时一定会产生热量，致使环境温度过高。Si、SiC和GaN均是具有正温度系数物理特性的材料，也就是说，温度越高，RDS（on）越高。在100℃温度下，三者相比，SiC的RDS（on）变化比Si少32%，比GaN少26%。意味着，在高温状态下，SiC的效能高于GaN和Si。

沟槽式设计最大限度发挥SiC的物理特性：采用平面式工艺的MOSFET，在导通状态下，器件的性能与栅极氧化层可靠性之间需要进行很大的折衷。而沟槽式工艺更容易达到性能要求而不偏离栅极氧化层的安全条件。英飞凌的 650V CoolSiC？ MOSFET采用的就是沟槽式工艺，确保了器件具有出色的可靠性、出类拔萃的开关损耗和导通损耗。

Qrr和Qoss双低更适合硬换向拓扑：据陈清源介绍，对于硬换向拓扑来说，Qrr和Qoss这两个参数非常重要。由于在Qrr和Qoss等参数上能使用较小的值，所以650V CoolSiC MOSFET非常适合CCM图腾柱PFC等硬换向拓扑，并能达到很高的效率。

PFC图腾柱实现性能一流的系统效率：图腾柱在高压电源转换上并不鲜见，它本质上是一种桥式拓扑结构，在应用上往往受限于常用的一些器件的“反向恢复特性”。“反向恢复速度”特别快是SiC器件的特性，将其用于这种图腾柱结构时，如果是处于“软开关”情况下，它的反向恢复速度要比Si器件快很多。

在陈清源介绍的英飞凌650V CoolSiC MOSFET图腾柱功率因素校正（PFC）拓扑设计中，采用的是四个RDS（on）分别为48 mΩ、72 mΩ、107 mΩ的器件，同时搭配英飞凌CFD7的S7系列，PFC的效率可以达到 99%，这是一个接近零耗损的PFC，极大地提高了系统的功率密度以及效率。借由器件的优化和技术突破，最终可以实现98%的系统效率，这在过去是很难做到的。

英飞凌在600 V/650 V电压等级的价值主张

传统的Si器件，产品开发最久，产品范围最广，产品性价比最高，产品系列极为完善。陈清源认为，如果要寻找性价比高的器件，Si是首选。如果要找到效率最高、功率密度最大的产品，GaN器件的切换速度最快，虽然价格没有Si产品有优势，但是其效率和功率密度绝对是无可取代的。但是，如果要综合考虑产品的易用性，以及坚固和耐用度，因SiC拥有更高的运行电压、更大的开关频率、更高的效率、更高的功率密度、更好的散热性等，比Si材料的热导率高近3倍，采用SiC材料制作的集成电路可以减小甚至不用散热系统，有效地减轻了系统的体积和重量，大大提高了系统集成度，这种情况下，SiC无疑是一个很好的选择。英飞凌的650VCoolSiC MOSFET产品更是具有一流的性能、坚固性和易用性等独特优势。

至于在1200V CoolSiC MOSFET问世之后，英飞凌为什么接着发布了650V的新产品，陈清源表示：“推出650V CoolSiC MOSFET的主要目的是，进一步完善英飞凌在600V/650V细分领域的硅基、碳化硅以及氮化镓功率半导体产品组合，将我们的目标市场拓展至服务器、电信和工业SMPS、太阳能系统、能源存储和电池化成、不间断电源（UPS）、电机控制和驱动以及电动汽车充电在内的大量应用领域。”