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科普:充电器里的碳化硅元器件是什么?
信息来源: 发布日期:2023-02-01
前言
当充电器市场围绕着氮化镓材料的元器件正在激烈竞争时,倍思开创性地推出业内首款120W氮化镓+碳化硅快充充电器。此款充电器产品同样具有高耐压、低导通电阻、高效率等特征,并且有助于降低待机、工作能耗和小尺寸方案设计,也能很好地满足PD快充对器件的特殊需求。

碳化硅(SiC)
碳化硅(SiC)是碳和硅的化合物。


碳化硅单晶材料目前采用物理气相输运(PVT)法,在超过2000℃的高温下,将碳粉和硅粉通过高温分解成原子,通过温度控制沉积在碳化硅籽晶上形成碳化硅晶体。碳化硅是第三代宽禁带半导体材料,与硅(Si)相比,碳化硅的介电击穿强度更大、电子密度更高和电子漂移速度更快且热导率更高。

碳化硅元器件
碳化硅元器件必然要通过拆解充电器才能得知,因此以充电头网此前拆解的尚巡230W氮化镓充电器为例进行理解。

PFC电路的运用
此前,由于开关电源整流后采用大容量的滤波电容,会呈现容性负载,而在电容充放电时会使电网中产生大量高次谐波,产生污染和干扰;因此在后续的开关电源中开始引入PFC电路,功率在75W以上的开关电源被强制要求加入PFC电路以提高功率因数并修正。


例如尚巡230W氮化镓充电器内部输入端构造为EMI电路、整流滤波、PFC升压电感等元件,居中一颗大电容横向放置,顶部贴有胶带绝缘;另有一根接地导线横跨初级和次级。并且通过观察分析发现,这款电源内部采用了PFC+LLC电源架构,以固定电压输出,不仅采用了合封控制器,同时使用了4颗氮化镓开关管以及1颗碳化硅二极管。

氮化硅元器件为什么会与PFC电路联系
随着行业内的电源功率密度持续提升,并由于氮化镓功率器件的普及,PFC电路需要提高工作频率来减小磁芯体积,此时常规二极管的性能已经不能满足高频下整流需求;而在大功率快充电源产品中,碳化硅二极管搭配氮化镓功率器件,可以将PFC的工作频率从不足100KHz提升到300KHz,而高频整流电路中要选择反向恢复电流较小、反向恢复时间较小的整流二极管,因此碳化硅二极管完美契合需求,同时可减小升压电感体积,实现高功率密度的设计,使得效率也达到了大幅提升。


例如尚巡230W氮化镓充电器内PFC升压整流管特写,为美浦森 MSM06065G1碳化硅二极管,采用DFN5*6封装,超薄封装节省体积,适用于高功率密度的大功率氮化镓适配器中。

充电头网总结
碳化硅材料作为第三代半导体,目前已有多家厂商投产,并已渐渐取代传统快恢复二极管;目前已经在电动汽车、逆变器、轨道交通、太阳能发电等领域广泛应用;并且由于USB PD快充技术的普及和氮化镓技术的成熟,已经开始在消费类电源市场中得到运用。

而充电头网通过往期的拆解了解到,目前已有倍思120W充电器、MOMAX摩米士 100W 充电器、尚巡230W 充电器以及REMAX睿量 100W充电器内部的电路中内置碳化硅元器件,从而实现了更高的功率密度,因此碳化硅材料或成为大功率电源产品的核心竞争力之一。
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