SiC功率器件在 PCIM Europe 全面展示

PCIM Europe 是电力电子及其应用的国际展览和会议，在本周的德国展会上举办了 515 家参展商、300 场教程和研讨会以及 107 场论坛演讲。超过 12，000 名参观者走进展厅，观看展出的最新电力电子产品，包括宽带隙——氮化镓 （GaN） 和碳化硅 （SiC）——性能优于硅的器件。

虽然在采用方面存在一些障碍，但芯片制造商正在向前发展，以新的封装样式提供这些设备并扩展产品线以更好地满足现有应用。他们还在提高产量以满足预期的需求。

以下是今年会议上展示的一些产品的综述：

为 SiC 产品线添加新的封装选项以满足现有产品需求是展会上的一个趋势。英飞凌科技股份公司 通过发布 TO247-2 封装扩展了其 CoolSiC 肖特基 1，200-V G5 二极管产品组合 ，该封装可替代硅二极管，以提高汽车、太阳能和工业应用的效率。扩展的 8.7 毫米爬电距离和电气间隙距离在高污染环境中提供了额外的安全性。

例如，额定电流为 10A 的 CoolSiC 肖特基 1，200V G5 二极管可提供更高的效率，可直接替代 30A 硅二极管。采用 TO247-2 引脚封装的 CoolSiC 肖特基二极管现在可以订购五种电流等级：10 A、15 A、20 A、30 A 和 40 A。

当与硅 IGBT 或超结 MOSFET 结合使用时，CoolSiC 肖特基 1，200-V G5 二极管与使用硅二极管相比，效率提高了 1%。英飞凌以在三相转换系统中使用的 Vienna 整流级或 PFC 升压级为例，其中 PFC 和 DC/DC 级的输出功率因此可以提高 40% 或更多。

英飞凌还计划发布采用分立封装的 CoolSiC MOSFET 产品组合。其中包括表面贴装器件 （SMD） 产品组合和 650V CoolSiC MOSFET 产品系列。目标应用包括电池充电基础设施、储能解决方案、光伏逆变器、不间断电源 （UPS）、电机驱动器以及服务器和电信开关模式电源 （SMPS）。

UnitedSiC 还在其 SiC 器件系列中增加了新的封装选项。该公司通过七种新的 TO220-3L 和 D2PAK-3L 器件/封装组合扩展了其 UJ3C（通用）和 UF3C（硬开关）650-V SiC FET 系列。新器件面向喜欢三引线、TO220 或 D2PAK 封装选项并希望提高功率因数校正 （PFC） 电路、LLC 谐振转换器和移相全桥转换器的功率性能的设计人员。公司。

新的 UnitedSiC 器件的目标市场分别包括数据中心服务器、5G 基站和电动汽车的电源、电信整流器和车载充电器。

这些器件可用作现有 Si IGBT、Si FET、SiC MOSFET 或 Si 超结器件的“直接替代品”。UnitedSiC 表示，设计人员无需改变栅极驱动电压即可提高系统性能。

这两个系列的 SiC FET 均基于 UnitedSiC 独特的“共源共栅”电路配置，其中常开 SiC JFET 与 Si MOSFET 共同封装，以生产具有标准栅极驱动特性的常关 SiC FET 器件。当使用“插入式替代”FET 时，现有设计中的传导和开关损耗降低、热性能增强以及集成栅极 ESD 保护的性能提高。

其他新的宽带隙器件也在展会上进行了演示。例如，GaN Systems 展示了其新型 650-V、150-A GaN 功率晶体管，号称是市场上业界电流最高的 650-V GaN 功率晶体管。GS-065-150 器件的开关损耗比同类 IGBT 低 100 倍，声称开关损耗降低了 99%。

展出的其他产品包括兼容 EZDrive 电路的 GS-065 低电流晶体管系列。GaN Systems 表示，更小的设计与 EZDrive 电路的结合消除了对分立驱动器的需求，从而降低了材料成本并提高了性能。

安森美半导体的一款有趣的混合 SiC 和硅基器件在展会上亮相。ON Semi展示了其新的基于 SiC 的混合 IGBT ，它结合了硅和基于 SiC 的技术，以及相关的隔离式大电流 IGBT 栅极驱动器。

得益于最新的场截止 IGBT 和 SiC 肖特基二极管技术，AFGHL50T65SQDC 混合 IGBT 在多种电源应用中提供低导通和开关损耗。ON Semi 表示，该器件由一个带有 SiC 肖特基势垒二极管的硅基 IGBT 组成，它解决了硅基解决方案的较低性能和 SiC 基解决方案的较高成本之间的权衡。

符合 AEC-Q101 标准的器件可以在高达 175°C 的结温下工作，使其适用于要求苛刻的电源应用，包括车载电动汽车 （EV） 和混合动力 EV 充电器等汽车。

安森美还在 PCIM 上发布了一系列隔离式大电流 IGBT 驱动器。安森美表示，这些器件可以提供 7.8A 的驱动电流和 7.1A 的吸收电流，这是一些竞争器件能力的三倍以上，并且它们在米勒高原运行时具有更大的电流能力。NCD（V）57000 系列的目标电源应用包括太阳能逆变器、电机驱动、UPS 和汽车应用，例如动力总成和 PTC 加热器。

具有内部电流安全隔离的大电流单通道 IGBT 驱动器旨在提供高效率和高可靠性。功能包括互补输入、漏极开路故障和就绪输出、有源米勒钳位、精确欠压锁定 （UVLO）、带软关断的 DESAT 保护、负栅极电压引脚以及用于系统设计灵活性的独立高低驱动器输出。

碳化硅产能提升 包括 Cree、英飞凌和 Microchip 在内的多家芯片制造商宣布扩大产能和量产规模，为未来五年需求的增长做准备。

Cree Inc. 宣布将投资高达 10 亿美元用于扩大 SiC 产能。该公司计划在其位于北卡罗来纳州达勒姆的美国总部园区建造一个新的最先进的自动化 200 毫米 SiC 制造设施和一个材料大型工厂。该项目将于2024年完成。

此次扩建预计将使 SiC 晶圆制造能力增加 30 倍，将 SiC 材料产量增加 30 倍，以满足到 2024 年的预期市场增长。预计 2023 年 SiC 市场将达到 15 亿美元，复合年增长率根据Yole Développement （Yole）的数据，2017 年至 2023 年间的增长率为 31% 。

Cree 的计划包括通过扩建现有结构、253，000 平方英尺、200 毫米功率和射频晶片制造设施，为其 Wolfspeed 碳化硅业务增加产能。此外，新的 North Fab 将完全符合汽车标准，并将提供比现在多近 18 倍的制造表面积，最初将生产 150 毫米晶圆。

英飞凌和 Microchip 都在加大其多款 SiC 器件的批量生产。英飞凌宣布量产其 1.200-V CoolSiC MOSFET 器件系列。它们的额定值为 30 mΩ 至 350 mΩ，采用 TO247-3 和 TO247-4 封装。大多数封装选项的工程样品将于 2019 年第四季度提供，但采用 TO247 封装的 1，200-V CoolSiC MOSFET 除外，该产品现已上市。

建立其 SiC 功率产品组合的 Microchip Technology Inc. 通过其 Microsemi 子公司宣布推出一系列 SiC 功率器件。新产品具有宽带隙技术的固有优势，包括耐用性和性能优势，包括 700-V SiC MOSFET 以及 700-V 和 1，200-V SiC 肖特基势垒二极管 （SBD）。

Microchip 的 SiC 功率产品组合共有超过 35 种分立产品，包括各种电压、额定电流和封装尺寸的 SiC 芯片、分立器件和电源模块。

Microchip 表示，其 SiC MOSFET 和 SBD 在更高频率下提供更高效的开关，并通过了长期可靠性所需水平的耐用性测试。Microchip 表示，在非钳位感应开关 （UIS） 耐用性测试中，SiC SBD 的性能比其他 SiC 二极管高出约 20%，该测试可测量器件在雪崩条件下承受退化或过早失效的能力，这种情况发生在电压尖峰超过器件的击穿电压时。

即使经过 100，000 次重复 UIS （RUIS） 测试，SiC MOSFET 也表现出出色的栅极氧化物屏蔽和通道完整性，参数寿命几乎没有下降。

不仅仅是宽带隙除了 GaN 和 SiC 器件之外，还有更多的组件被展出。其中一些产品包括吹捧性能改进的无芯电流传感器。

Allegro MicroSystems展示了其无芯电流传感器 IC 和 QuietMotion 无刷直流 （BLDC） 电机控制解决方案系列中的第一款器件。AMT49406 号称是市场上首款无需客户代码的磁场定向控制 （FOC） BLDC 电机控制器。完全集成了 FOC 算法，以实现最佳效率和噪声性能。其他几项产品技术，包括风扇和泵电机驱动器、电源监控 IC 和磁性旋转编码器，也在展出。

所有这些产品都旨在节省空间、提高效率和安全性。但回到电流传感器。ACS37650 无芯电流传感器 IC 无需在电动汽车牵引逆变器等大电流传感应用中使用集中器内核，从而节省了空间。其他特性包括具有极低噪声和高分辨率的闭环感应以及在扩展的汽车温度范围内的操作。

Allegro 的汽车级 1MHz 电流传感器 IC 也在展会上进行了演示，以节省空间的封装提供更快和更高的电流感应范围。Allegro 表示，这些电流传感器 IC 比变压器更可靠，有助于减少物料清单。应用包括汽车车载充电器、工业电源和智能运动应用。

英飞凌还发布了一个新的电流传感器系列，由精确稳定的无芯霍尔传感器组成，允许设计人员对电流范围、过流阈值和输出模式等参数进行编程。XENSIV TL1497 是该系列的第一个成员，在 PCIM Europe 2019 上亮相，测量范围从 ±25 A 到 ±120 A，适用于高达 50 kW 的电力驱动器和光伏逆变器等工业应用。

TLI4971 采用温度和应力补偿来确保灵敏度误差在室温下低至 2%。英飞凌表示，通过单点系统内校准，灵敏度误差可以降低到 2% 以下。

电流传感器具有两个用于快速过流信号的输出引脚，使设计人员能够对过流信号的阈值水平进行编程，从而将它们用于系统要求，而无需进一步的外部元件，因此信号可用于预警和系统关闭。电流传感器还会在电源电压过压或欠压的情况下提供信号。样品将于 8 月提供。

审核编辑：彭静