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2019

07/19

无论SiC还是GaN,都只是硅材料的补充而非替代

如今随着移动设备、笔记本电脑和平板电脑不断增长,对低压电源适配器的需求前所未有。

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事实上,根据UnitedSiC总裁兼首席执行官J. Christopher Dries博士的说法,目前市场上有超过3亿个低压充电器使用,每个低压充电器都包含一个反激式转换器。

由于对这些器件非常依赖功率转换,因此设计人员一直致力于提高效率,降低传统开关电路产生的转换损耗。

目前,低压充电器市场仍然以硅材料为主,并已持续数十年。

“硅技术目前仍主导市场,如果我们要认真提高效率,我们需要降低这些设备的热损耗。”ROHM半导体欧洲公司电力系统经理Aly Mashaly解释道。

“过去的情况是,如果你让笔记本电脑开机几个小时就变得非常热,今天我们看到了由于电子设备效率提高而显着的改善。然而,随着设备变得越来越耗电,也需要提高低压适配器的效率。”

“目前,低压适配器主要仍由MOSFET驱动。”Dries博士说道,“这是一种经济实惠的解决方案,因为消费者不愿意在手机充电器上花很多钱。但人们也是希望可以提高效率,特别是在尺寸和重量方面。”

为了推动这一进程,UnitedSiC正在开发一种SiC产品,它相信它可以与同类产品竞争并具有成本优势。

“许多碳化硅公司都专注于高功率市场,比如600V及以上的产品市场,例如汽车充电桩等。”Dries博士解释道。 “但我们看到了可以将SiC技术带入低功耗市场的机会。事实上,没有人这样做过,我们让人们只需多花费一点的钱,但是在效率和频率等方面获得显著的性能提升。”

其SiC JFET芯片可以与低压MOSFET及控制器共同封装。Dries博士说,这将制造出一种速度极快,基于共源共栅的20-100W反激式产品,可大幅节省空间并具有高效的反激式电源拓扑。

这些常开型SiC JFET的电压范围为650V至1700V,可实现简化的启动、零待机功耗,适用于反激式AC-DC应用市场,包括消费类适配器。

根据Dries博士的说法,转换器具有极低RDSON和电容,使得尺寸变小,同时还可满足轻载和空载时的待机功耗规定。

SiC JFET可避免雪崩和短路现象,因此整个系统可以更加稳健。由于SiC JFET与控制IC中的低压MOSFET串联,常开JFET的源极在关断之前升至12V时IC开始切换,通过JFET的电流路径可以用作控制器IC的启动电源。然后,当转换器开始运行时,来自转换器变压器的辅助电源被门控,没有进一步的耗散。

根据Dr Dries的说法,一些公司正在寻求用氮化镓(GaN)的宽带隙材料来实现同样的效果,因为与SiC一样,它提供更高的频率和更高的效率,从而实现“更紧凑和更好的适配器”。但到目前为止,只有少数人取得了成功。

GaN v SiC 

其中一家公司是ROHM Semiconductor。

“我们相信GaN是值得关注的技术,”Mashaly说。 “GaN与SiC不同,因为它横向导电,这意味着它更适合低压应用。我们相信,在低压应用中,GaN的效率要高于硅或SiC。“

不过Mashaly也承认GaN目前尚未广泛应用于该领域。

“就GaN而言,我们已经看到在尺寸减小和效率方面做出了一些努力,但市场还处于初期阶段。业界正在谈论很多关于GaN的问题,并且对其在低压领域的优势越来越感兴趣。然而,我没有看到硅消失,所有三种技术(硅,SiC和GaN)将在20年内同时竞争。”

“它为我们提供了巨大的成本和性能优势,同时为我们的客户提供了额外的功能集。我们提供的标准栅极驱动器可以由现有的硅解决方案驱动,因此现在设计中采用硅片的客户可以直接将电源替换为我们的产品并获得更高的效率,“Dries博士解释道。

他继续说道:“如果你将我们的产品与GaN进行对比,我们每个晶圆可提供更多的芯片,因此虽然SiC比硅更昂贵,而且每个晶圆可能比GaN更昂贵,但每个晶圆切出更多的芯片数量可抵消这个劣势。”

根据Mashaly的说法,“GaN比SiC产业落后大约10年,所以必须降低材料成本。我们有低压器件,如二极管和硅MOSFET,在不久的将来,我们将开始将GaN器件引入低压领域。”

“我们一直在寻找通过去除不需要的组件来降低设备成本,比如不需要散热风扇等方法。”Mashaly认为。他继续说道,“这意味着我们可以负担得起使用稍微昂贵的产品,如GaN等,而最终系统总成本仍低于原来。”

Dries博士承认SiC的成本可能是一个问题,但他认为性能优势超过成本,并且他希望在不久的将来,UnitedSiC售价将以接近于650V的硅芯片价格出售。

UnitedSiC在3月宣布了ADI公司的战略投资,“他们是一个很好的合作伙伴。我相信他们将成为许多希望与我们合作的模拟IC公司中的第一家。”Dries博士评论道。

无论是GaN还是SiC,半导体公司转向宽带间隙材料的动机并不是要替代传统硅产业。

“相反,它是针对不同的用例,”Mashaly说道。“我们正在寻找更环保的能源,更高的效率,这就是我们需要开始探索新材料的原因。”

摘自【摩尔芯闻】