美国业者Apex Microtechnology开发出一系列集成了碳化硅(SiC) MOSFET技术的器件，号称在性能与功率密度方面都有所提升。
电源应用正转向更小占位面积、更高效率的解决方案；为提高功率密度，让器件能够放进更小的封装里，SiC是用来取代硅材料电源分立器件和模块的理想候选技术。因为它们拥有较佳的特性，SiC MOSFET被广泛用于需要高开关频率、高电压、大电流与高效率的电源应用。
此外SiC器件能在高于硅器件可承受的结温下运作，这得前者能实现更好的散热管理，而这也是另一个在缩小芯片尺寸时可利用的优势。
以硅为基础的大功率分立器件和模块，通常需要以大体积散热片为基础的冷却解决方案，这影响了整体解决方案的尺寸。另一方面，SiC能在不需要为散热管理妥协的前提下，提供以更小占位面积实现前所未见的高功率密度的机会。
相较于硅材料，SiC具备许多优势，例如在同样温度和电流水平下，后者的导通电阻较低；低RDS(on)会带来较佳的电流对电压性能和较低的开关损耗。尽管SiC的成本高于硅材料，但是较低的热负载、更简单的散热以及更高的可靠性，弥补了此一缺点。
以上述考虑为出发点，为一系列工业、测试与测量、医疗、航天、半导体资本设备(Semi-cap)与军事等应用提供单片式、混合及开放性架构模拟电源解决方案的供货商Apex，利用SiC的特性开发出数款新产品，包括集成了栅极驱动器的半桥式开关模块SA110，以及同样集成栅极驱动器的三相电源开关模块SA310。
适当的设计能有效地突显SiC的所有特性；Apex在设计大功率器件时谨慎地考虑了寄生效应(会超过导通电阻)，以及走线电感和电阻。图1显示Apex SA310KR组件的方块图，那是一款以SiC为基础，集成栅极驱动器的三相电源模块。
在设计这款SiC基功率器件的过程中，Apex面临的最大的挑战之一是MOSFET驱动器和MOSFET栅极驱动器的合封(co-packaing)。由于高开关频率——这是由SiC提供的主要功能之一，其电流摆率(di/dt)是很高的——需要在PCB布线时特别仔细，以避免可能的噪声形成，或是相邻走线间的相互干扰/串扰。
图1：SA310KR的方块图。(来源：Apex Microtechnology)
此外，在高开关频率下，集肤效应不可忽视——这会导致封装的输出/输入连接的有效横截面积缩减，以及提高电阻。而Apex利用在衬底上的一种先进厚膜技术，双重印刷走线以增加其厚度、降低阻抗，解决了那些潜在问题。
Apex合封解决方案的另一个优势，是将栅极驱动器放在很靠近SiC MOSFET的地方，因此降低栅极的电感效应，这在较高开关频率下的效果会变得相当显著。根据Apex 的说法，通过对散热路径、封装和材料的重视，该公司已经能够实现卓越的散热管理——举例来说，SA110在-40℃到125℃的温度范围内运作时，耗散的功率为89W。
以较小占位面积12引脚Power SIP (DP)形式供应的SA110，具备集成的栅极驱动控制、非常高(达400kHz)的开关频率，以及在A级版本中28A的连续输出电流。该器件适合诸如AC/DC和DC/DC转换器、功率因数校正(PFC)和电机驱动等应用。
SA310采用16引脚Power DIP (KR)封装，集成了三个独立、隔离的半桥，在直接微控制器或数字信号控制器(DSC)控制下，提供最高达80A的尖峰输出电流。SA310采用热传导、电气绝缘衬底，提供了最大多功能性且易于散热，能满足诸如电机控制(BLDC)、变频驱动、DC/AC转换器、电源逆变器、测试设备和磁共振成像(MRI)主线圈电源供应器等应用需求。
上述两款器件都具备保护功能，例如欠压锁定功能和有源米勒钳位，以降低开关噪声、提升可靠性。
最近Apex还发表了一款采用SiC的大功率半桥模块SA111，以小巧专利PQ封装提供高水平功率密度。该模块(参考图2)采用面积仅20×20mm的SMD封装，能提供32A的连续输出电流，处理最高达650V的电源电压，并实现最高为1MHz (维持在安全运作范围)的开关频率。该表面贴装封装具备高散热效率，从顶部冷却，这让用户能优化电路板布局，将散热片直接放在器件顶部。
图2：新推出的Apex SA111。 (来源：Apex Microtechnology)
该款SiC半桥电源模块是MRI梯度线圈驱动、磁性轴承、电机驱动、测试设备、服务器风扇、PFC，以及AC/DC、DC/DC转换器等应用的理想解决方案。SiC MOSFET亦能让SA111承受较高的热应力、处理高达175℃的结温。
SA111 SiC电源模块配备了集成栅极驱动器，欠压锁定和有源米勒钳位，号称是强化了器件控制和保护的完全集成解决方案。SiC大幅改善了散热管理，因为产出的热较少，模块本身散热需求也较小，模块尺寸也能更小；采用该模块的电源供应器也能更小、发热较少且更便宜。
拜其表面贴装封装和特别小的占位面积之赐，SA111能够让设计工程师充分利用电路板面积，允许在高功率密度需求的电路设计上采用多个器件。SA111PQ的样品现在已经能提供给符合资格的客户应用，预计在2022年夏天进行大规模量产。
(参考原文：SiC Enables High–Power Density in a Compact Package，By Maurizio Di Paolo Emilio；本文同步刊登于《电子工程专辑》杂志2022年6月刊)
-
微信扫一扫
一键转发 -
最前沿的电子设计资讯
请关注“电子技术设计微信公众号”
- 一种用于电路板回收的新基材：遇水能溶 英国的Jiva Materials公司开发了一种新型的PCB基材Soluboard，这种基材是由天然纤维包裹在一种无卤的聚合物中制成的，与行业内经常使用的FR-4基材不同，这种材料只要在90摄氏度左右的热水中浸泡30分钟，就可以分层溶解···
- 美国公司声称发现室温超导材料，被授予了高于室温的第二 位于美国佛罗伦萨州的Taj Quantum的公司在社交媒体宣布，被授予了高于室温的第二类超导体专利。据称，这种独特的 II 型超导体（专利号：17249094）可在较宽的温度范围内工作，包括远高于室温的温度，从约 -100° F (-73° C) 到约 302° F (150° C) - 这是一种特性这在超导体世界中并不常见。
- 英伟达惨遭背刺，这个SDK让AMD平台也能运行CUDA 近日，AMD正式推出了HIP SDK，这是ROCm生态系统的一部分，基于开源ROCm解决方案，HIP SDK使消费者可以在各类GPU上运行CUDA应用，为专业和消费级GPU提供CUDA支持。
- 麻省理工发现新型量子磁铁释放电子潜力 研究人员发现了如何控制异常霍尔效应和贝里曲率来制造用于计算机、机器人和传感器的柔性量子磁体。
- 后来居上，美光宣布已出样业界首款HBM3 Gen2内存 7月26日，美光宣布推出业界首款8层24GB HBM3 Gen2内存芯片，是HBM3的下一代产品，采用1β工艺节点，目前该款美光内存芯片正在向客户提供样品。
- 韩国造世界首个室温超导体，闹剧还是新的未来？ 7月22日，韩国的一个科研团队在预印本网站arXiv平台上上传了两篇论文，声称发现了世界上首个常压室温超导体，这种材料是一种改性铅磷灰石名为LK-99，超导临界温度在127摄氏度，即400K以上，而且在常压下就具备超导性。
- 下一个医疗前沿：网联可穿戴设备 医疗和消费级可穿戴设备将继续增强连接性和电池寿命，以实现对血压、体温和身体水分等多种生物标志物的实时和非侵入性监测。
- TI无线MCU创新方案，助力用户加速拥抱物联网 7月21日，由AspenCore主办的“2023全球MCU生态发展大会”在深圳罗湖君悦酒店隆重举行，特邀请到MCU领域的领军企业之一德州仪器(TI)参加了“无线MCU分论坛”，论坛上，TI无线产品工程师魏天华分享了主题为“创新型无线解决方案，助力不断发展的互联世界”的演讲，为现场观众带来了TI最新的无线MCU系列，以及对于这一市场的深刻思考。
- 中国成功发射首款柔性太阳翼卫星，折叠主体厚度不到5cm 7月23日，我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将银河航天灵犀03星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，该卫星主要用于卫星通信技术验证，也是中国首款使用柔性太阳翼的卫星。
- 降低侵入式风险，清华开发出“入耳式”脑机接口 近日，清华大学研究团队宣布开发出一种名为SpiralE BCI的脑机接口，该器件采用“入耳式”设计，使用者只需要将器件插入耳道，即可读取相应脑电波信息，侵入性远远低于其他的侵入式脑机接口设备。
- 网传iPhone 15将采用叠层电池，这是一种什么电池技术？ 根据推特用户@RGcloudS的爆料，苹果的下一代手机iPhone15系列可能会采用叠层电池技术，以提高能量密度和延长使用寿命，那这所谓的叠层电池技术到底是怎么一回事呢？
- 中国首款量子计算机操作系统，本源司南PilotOS正式上线 近日，据安徽省量子计算工程研究中心的消息，本源司南PilotOS客户端终于正式上线。PilotOS客户端是本源量子完全自主研发的一款一站式学习与开发平台，用户可以直接进行本地量子计算编程，不需要联网使用，实现用户对量子计算软件服务“打开即用”，助力量子计算编程“小白”顺利成为量子计算编程开发者。
- 激发未来小小女工程师对STEM课程的兴趣，对工程界至关重要 泰克科技组合软件总经理Rick Khulman: “激发孩子们——尤其是女孩们对STEM的兴趣，对我本人乃至广大工程界
- 数据闭环——自动驾驶下半场的“入场券” 自动驾驶战争的上半场拼的是硬件和算法，下半场拼的则是数据和将数据点石成金的能力，即数据闭环能力。
- Nothing Ear（2）真无线降噪耳机拆解 在2023年3月，Nothing正式发布了全新迭代产品——Nothing Ear（2）真无线降噪耳机，在外观方面延续了家族式的透明元
- 小米Sound Move智能音箱拆解 Xiaomi Sound Move搭载4单元，采用双对称立体声学结构设计，通过高解析力双扬声器和双被动辐射器，经由小米声学金
- 射频传输线基础 今天大家一起学习一下射频传输线基础这篇讲义
- 奔驰半年成绩单：让赚钱变得更优雅！ 2023年上半年，梅赛德斯-奔驰集团呈现出强劲的财务表现和业务增长。本文详述各方面的具体表现。
- 自动驾驶对动力系统的影响 7月13日，由中国汽车工程学会、青岛市工业和信息化局主办，中汽翰思管理咨询公司协办的第十五届汽车动力系统技
- 红配绿，黑与白？什么样的配色才能俘获审稿人的芳心？ 好的科研绘图配色令人印象深刻，也能更准确地传递数据信息，今天小编就带大家看一下怎样去选择最适合自己数据，能
- AP AUTOSAR设计思想及原理 本文给大家分享一下在 AP AUTOSAR 里面我们怎么样去做一个设计，整个 AP 的设计思想及原理。
- 多合一电驱动系统设计和挑战 7月13日，由中国汽车工程学会等主办的第十五届汽车动力系统技术年会（TMC2023）在青岛举行。会上许多公司展示了引
- 电动化降价，智能化收费：未来汽车的双重变革 从2023年开始，价格战的阴影一直笼罩在汽车行业上面，“卷”是进行时，但是怎么”卷”出来是所有人考虑的问题。
- 宝华韦健TWS耳机PI7 S2评测 全新一代 Pi7 S2 的体验如何？耳机在保持上代经典「英伦风」的同时，又能带来哪些新体验呢？下面，就让我爱音频网带
- 瑞萨电子MCU和MPU产品线将支持Microsoft Visual Studio Code 客户现可以在VS Code中设计和调试瑞萨嵌入式处理器的软件，与瑞萨自有e2 Studio IDE相辅相成
- 逐点半导体IRX游戏体验品牌正式上线 从移动视觉处理方案到特定游戏调优，推动手游体验迈向新的征程
- 大联大世平集团推出基于onsemi产品的电动汽车（EV）充电桩方案 大联大控股宣布，其旗下世平推出基于安森美（onsemi）NTBG022N120M3S和NCD57084产品的电动汽车（EV）充电桩方案。
- 意法半导体发布创新红外传感器，提升楼宇自动化的人员存在和移动检 带有微加工热敏晶体管的高集成度、超低功耗传感器可取代传统的被动红外探测器
- 比科奇介绍其打造更加智能移动通信基础设施新愿景 比科奇在MWC上海世界移动通信大会期间介绍了其在引入人工智能（AI）等技术打造更加智能的移动通信基础设施方向
- WiSA E开发套件开始向全球发货，旨在统一非Sonos音频市场 面向中国、韩国、日本和美国的各大品牌发货
- 安森美和麦格纳签署战略合作协议，投资碳化硅生产以满足日益增长的 麦格纳将在其主驱逆变器方案中集成安森美的EliteSiC以增加电动汽车的续航里程和能效
- 小尺寸大功率Harwin连接器子系列可从360° EMC后壳中受益 Harwin公司宣布其Kona大功率连接器子系列现已推出带后壳的产品。
- Arm 扩大开源合作伙伴关系，加强投入开放协作 Arm 和我们的生态系统的关键信念之一是与开源社区合作，共创一个高度发达的 Arm 架构，使软件的落地更加稳定，从
- WiSA推出两款功能强大的新工具，用于实现、管理和测试WiSA技术支持 新工具可为客户提供全面支持，助其开发和制造采用WiSA E和WiSA DS设计、用于多声道音频的产品
- 艾迈斯欧司朗推出智能多像素EVIYOS 2.0 LED，适用于高精度自适应 EVIYOS 2.0具备高分辨率、完全防眩智能远光功能，在远光模式下自动降低眩光；EVIYOS 2.0将图像和安全警示投射
- 全新Arm IP Explorer平台助力SoC架构师与设计厂商加速IP选择 Arm推出全新Arm IP Explorer平台
