今天續(xù)上篇，聊聊SiC及SiC在大功率充電樁應用的優(yōu)勢，以及基于SiC的25KW/30KW/50KW的參考設計，國產(chǎn)SiC廠商的情況；小二水平有限，歡迎大家補充；
目錄：
什么是SiC
SiC的優(yōu)勢及芯片
25KW/30KW/50KW充電樁模塊參考設計
國內SiC功率器件公司
1、什么是碳化硅(SiC)
三代半導體，相信你肯定聽過，這里的代，是基于使用的半導體材料不同劃分，不像2G/3G/4G通信有新一代取代舊一代的情況；
第一代半導體，以硅(Si)，鍺(Ge)材料為代表，是目前邏輯器件的基礎，這幾年的通信領域的硅光芯片，也是基于硅；
第二代半導體，以砷化鎵(GaAs)，磷化銦(InP）為代表，小二不是很清楚；
第三代半導體，則是以碳化硅(SiC），氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體材料，在功率芯片上具有獨特優(yōu)勢，近年得到廣泛的應用；
這里，順帶也解釋下，類似Si，SiC的材料，具體是如何形成芯片的；
大家應該經(jīng)常聽到晶圓，也應該聽過硅晶圓是拉出來的，包括Si，SiC其實就是組成晶圓的材料；
而晶圓到芯片，就像水泥到房子，是物理和化學反應的生產(chǎn)過程；
以下圖MOSFET管子為例
圖中黃色部分就是SiC材料，在這個材料上，通過挖坑(掩模，腐蝕)，填坑(離子注入等)的方式，在不同的SiC材料上添加不同的離子成分，形成G-D-S不同的極，最后通過封裝工藝，形成最后的芯片；
2、SiC的優(yōu)勢及芯片
下表是不同半導體材料的特性：可以看到
Energy Gap，禁帶寬度反應的是價電子要成為自由電子所需要的能力，SiC是Si的接近3倍，禁帶寬度越寬，耐受高溫和高壓能力越強，反向漏電流越小，抗輻射能力越強；
Breakdown Field，絕緣擊穿場強，SiC是Si的10倍，SiC能夠以低阻抗、薄厚度的漂移層實現(xiàn)更高耐壓；
Thermal Conductivity，導熱率，SiC是Si的3倍，熱阻更小，熱擴散能力更好，可以做到更高功率密度；
Saturation Drif Velocity，飽和漂移速率，值越高，開關速度更快
綜上，基于SiC材料的器件，可以實現(xiàn) "高耐壓"、"低導通電阻"、"高頻" 三個特性。
目前，基于SiC的功率器件主要兩大類：SiC-MOSFET和SiC-SBD
第一類：SiC-MOSFET
基于Si的器件，耐壓越高，單位面積的導通電阻也越大（以耐壓值的約2~2.5次方的比例增加），因此600V以上的電壓中主要采用IGBT（絕緣柵極雙極型晶體管）。IGBT通過電導率調制，向漂移層內注入作為少數(shù)載流子的空穴，因此導通電阻比MOSFET還要小，但是同時由于少數(shù)載流子的積聚，在關斷時會產(chǎn)生尾電流，從而造成極大的開關損耗。SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低，不需要進行電導率調制就能夠以MOSFET實現(xiàn)高耐壓和低阻抗，而MOSFET原理上不產(chǎn)生尾電流，所以用SiC-MOSFET替代IGBT時，能夠明顯地減少開關損耗，并且實現(xiàn)散熱部件的小型化。另外，SiC-MOSFET能夠在遠高于IGBT的開關頻率下工作，從而也可以實現(xiàn)無源器件的小型化。
第二類：SiC-SBD
基于Si的快速PN結二極管（FRD:快速恢復二極管）在從正向切換到反向的瞬間會產(chǎn)生極大的瞬態(tài)電流，在此期間轉移為反向偏壓狀態(tài)，從而產(chǎn)生很大的損耗。這是因為Si-FRD正向通電時積聚在漂移層內的少數(shù)載流子不斷地進行電傳導直到消亡（該時間也稱為積聚時間）。正向電流越大，或者溫度越高，恢復時間和恢復電流就越大，從而損耗也越大。與此相反，SiC-SBD是不使用少數(shù)載流子進行電傳導的多數(shù)載流子器件（單極性器件），因此原理上不會發(fā)生少數(shù)載流子積聚的現(xiàn)象。由于SiC-SBD只產(chǎn)生使結電容放電程度的小電流，所以與Si-FRD相比，能夠明顯地減少損耗。而且，該瞬態(tài)電流基本上不隨溫度和正向電流而變化，所以不管何種環(huán)境下，都能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)快速恢復。
如下是實際使用硅(Si) IGBT及碳化硅(SiC) MOSFET的功耗損失對比
圖片來自羅姆官網(wǎng)
3、25KW/30KW/50KW充電模塊參考設計
如下是Onsemi推出的基于SiC的25KW 充電模塊參考設計
Onsemi的設計采用了
- 三相六開關的PFC，開關頻率在150kHz
- 雙有源全橋DCDC，開關頻率在100kHz
控制芯片采用了Zynq-7000 SoC FPGA，前后級各一顆；
SiC模塊，驅動，采樣及輔助電源芯片如下：
如下是Onsemi微信公眾號的全中文版本的設計系列，“基于SiC的25KW快速直流充電樁系統(tǒng)設計”
從應用概述到方案概述，仿真，設計等一條龍；
https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?action=getalbum&__biz=MzI5MjM3MzU3NA==&scene=1&album_id=2759840207167864833&count=3#wechat_redirect
這是WolfSpeed的三相交錯LLC DC-DC變換器，30KW功率，設計采用了1200V C3M SiC MOSFETs (C3M0040120K) and 650V C6D SiC Schottky Diodes (C6D20065D and C6D10065A
此外：
SiC MOSFET驅動芯片：采用了TI的UCC5350MC
DSP芯片：采用了TI的TMS320F28377DPTPT
開關頻率：130kHz-250kHz
設計資料可以從這個鏈接獲?。?/span>
CRD30DD12N-K 30kW Discrete Interleaved LLC DC-DC Converter | Wolfspeed
這是Infineon的50KW充電模塊拓撲，SiC器件及開關頻率信息
PFC采用了三相Boost PFC維也納架構，DCDC采用了全橋LLC諧振轉換器
4、國內SiC功率器件廠家介紹
先做個聲明，這里介紹的公司，不是對其產(chǎn)品的推薦，而是從網(wǎng)絡及平常交流獲取的相關信息分享
瞻芯電子，拿到了小鵬汽車的戰(zhàn)略融資，自建了符合IATF16949的6寸SiC晶圓廠，目前已經(jīng)發(fā)布的產(chǎn)品有SiC MOSFET，SiC SBD，SiC Module，Gate Driver，Controller；
這家公司在PCIM的文章分享還是令人深刻；
派恩杰半導體，成立于2018年的派恩杰半導體，從成立之初就聚焦于碳化硅MOSFET，緊鑼密鼓布局車規(guī)級半導體芯片，并已順利“上車”，產(chǎn)品已應用于汽車OBC等領域，其和X-FAB晶圓代工廠戰(zhàn)略合作；
如下是其產(chǎn)品發(fā)布軸
目前華潤微發(fā)布了650V/1200V的SiC SBD
湖南三安發(fā)布了最新的1200V碳化硅MOSFET系列，包含1200V 80mΩ/20 mΩ/16mΩ，均來自湖南三安自主可靠的六寸全鏈整合平臺。系列產(chǎn)品在比導通電阻特性，擊穿電壓特性和閾值電壓穩(wěn)定性上，測試顯示出對比友商更為優(yōu)越的結果，能有效提高電驅動系統(tǒng)的效率和可靠性，在后續(xù)導入客戶的過程中具備顯著的優(yōu)勢。