解讀安森美的SiC優(yōu)勢和應用布局，助力可持續(xù)發(fā)展未來

隨著碳中和碳達峰的目標迫近，實現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展成為了業(yè)界關注的焦點。而這也讓近日在上海召開的PCIM Asia2023變得異?；馃幔姸鄧H領先的電源和功率器件廠商都展示了自己全新的產(chǎn)品和技術。而在安森美(onsemi)的展臺上，我們也看到了其最新的SiC器件、模塊、光儲充方案、新能源汽車解決方案等等一系列的demo展示。同時，我們也有幸在現(xiàn)場采訪到了安森美的工業(yè)和高性能電源轉(zhuǎn)換市場應用工程高級經(jīng)理WK Chong先生，他針對能源、汽車電氣化、SiC、智能電源等熱門話題進行了精彩的分享。

安森美的SiC優(yōu)勢：全產(chǎn)業(yè)鏈、高能效和易用性

據(jù)Yole預計，功率SiC市場規(guī)模將于2027年達到60億美元。憑借著更好的能效、開關速度和耐壓表現(xiàn)，SiC將會在電動汽車、可再生能源、工業(yè)等高能耗領域發(fā)揮巨大的作用，進一步推動整個社會進入可持續(xù)發(fā)展的未來。

而安森美作為電源領域的領軍企業(yè)，對于SiC技術創(chuàng)新和應用方向也進行了全面的布局。相比其他友商，安森美的SiC具有幾大優(yōu)勢：分別是更好的能效表現(xiàn)、創(chuàng)新封裝技術、易用性和端到端的全產(chǎn)業(yè)鏈供應體系。

首先在產(chǎn)品的能效方面，安森美的SiC器件保持了持續(xù)領先。據(jù)WK Chong介紹，在此次展會上展示出的最新一代汽車和工業(yè)1200 V M3S EliteSiC MOSFET系列的產(chǎn)品，具有領先業(yè)界的超低開關損耗Eon/Eoff 值，可實現(xiàn)高頻開關， 低反向恢復損耗，結(jié)到外殼的熱阻低。此外，堅固可靠的技術符合AEC-Q101標準，可承受175°C 的溫度。特別適用于圖騰柱 PFC、光儲充中Boost升壓硬開關拓撲。

同時安森美還提供了配合SiC MOSFET的圖騰柱拓撲的關鍵器件，來進一步提高電源效率。據(jù)WK Chong分享，在傳統(tǒng)的PFC電路中，整流橋二極管中的損耗約占總損耗的20%左右。然而，用 “圖騰柱”配置的開關取代有損耗的二極管，并拉入升壓PFC功能，可減少電橋損耗，顯著提高整體能效。安森美(onsemi)使用圖騰柱無橋控制器NCP1681和LLC控制器NCP4390帶同步整流輸出的3kW電源設計，結(jié)合650V EliteSiC MOSFET的低損耗，相較傳統(tǒng)PFC之轉(zhuǎn)換效率可以提升3%~4%，符合未來電源節(jié)省能源，降低成本，提高系統(tǒng)容量之訴求，同時能在緊湊外形設計中實現(xiàn)出色的效率。

安森美的SiC系列產(chǎn)品的第二大優(yōu)勢在于，采用了創(chuàng)新的封裝技術，從而提供了更好的可靠性和散熱性能。相比IGBT，SiC器件的散熱要求可能更高，因為通常在同樣的功率下，SiC器件要比IGBT小的多，所以更需要把熱量快速傳遞出去。而對于散熱的設計，和封裝技術的關系極大。安森美通過DBC材料的升級，極大改善了SiC器件的散熱效率。

據(jù)WK Chong介紹，封裝是芯片到應用的重要一環(huán)，特別在大功率的電力電子應用中，盡管新一代SiC材料較Si材料在材料性能上有很大的優(yōu)勢，但是傳統(tǒng)模塊設計很多時候基于Si設計并不完全適用于全SiC模塊，例如DBC Substrate。傳統(tǒng)的混合SiC模塊多是采用氧化鋁(Al2O3)陶瓷基板材料。安森美在全SiC模塊 F2 封裝上，采用氮化硅(Si3N4)基板取代(Al2O3)陶瓷基板以降低熱阻。Si3N4陶瓷具有更高的熱導率，和氧化鋁基板相比、擁有三倍以上的熱導率，熱膨脹系數(shù)（2.4ppm/K）較小，具有良好的熱匹配性。

第三大優(yōu)勢，是在易用性方面。我們知道SiC器件雖然近幾年很火，但相比IGBT等仍是比較新的電路設計。為了幫助工程師加快產(chǎn)品設計，快速實現(xiàn)器件選型和評估，安森美提供了全面的仿真工具。

針對SiC應用，安森美的在線Elite Power 仿真工具和 PLECS 模型自助生成工具 (SSPMG) 所具有的技術都基于半導體物理學的物理原理?？蓴U展 SPICE 建模的引入替代了行為較不準確的SPICE模型。安森美的物理 SPICE 模型可捕捉復雜效應，SiC MOSFET 和 IGBT反向恢復、自發(fā)熱以及因制造中的工藝技術分布而引起的電氣參數(shù)變化。以非常易用和簡單的在線Elite Power仿真工具，助力客戶在系統(tǒng)級仿真中準確預測設計性能（損耗、溫度、ZVT/ZVS、效率），簡化了不同開關拓撲性能的評估。在許多情況下，應用設計人員可以避免由于估算錯誤以及設計周期長于預期而導致的大量重復設計。

最后一點值得強調(diào)的，安森美在SiC器件上尤為關鍵的優(yōu)勢在于——垂直的端到端供應鏈。據(jù)悉，在摻雜良率的控制上、包括在碳化硅切割上，是需要有一定的技術累積的。有了足夠的技術積累，不僅能夠提供更可靠的產(chǎn)品，而且在產(chǎn)品的成本上也能夠做到更好。據(jù)WK Chong介紹，安森美從IP、到Substrate、到Wafer、后道封裝等都是自主把控，所以供應鏈不會受到其他的外界干擾和影響，這種垂直供應的模式能夠最大限度保證客戶的供貨。

全面布局汽車、工業(yè)和能源類應用

在應用布局上，SiC能夠在汽車電氣化、工業(yè)和能源等應用上發(fā)揮其高能效的優(yōu)勢。而安森美也在此次PCIM上展示了多款Demo，其中除了SiC器件和模塊外，還有IGBT的新產(chǎn)品以及諸多智慧電源的IC產(chǎn)品。

光儲充解決方案

要實現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展，則必然要提高可再生能源的使用率。而光伏逆變器作為太陽能轉(zhuǎn)換的關鍵，安森美在此次展會上展示了“320kW 組串式光伏逆變器”和“11 kw光儲智能住宅光伏逆變器”。而除了這兩個demo外，現(xiàn)場還羅列展示更多能為光伏市場提供涵蓋低、中、高功率范圍的功率集成模塊（PIM），可提供高能效、高可靠性的逆變器設計。

據(jù)WK Chong分享，目前光伏系統(tǒng)中SiC的滲透率正在加速。某些光伏的客戶今年采用SiC的產(chǎn)品比例大概是20～30%；而明年將會上升到50%。

電動汽車主驅(qū)和充電方案

在用能端，要實現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展，電動汽車的應用是關鍵。而在電動汽車的應用中，主驅(qū)逆變器、輔逆變器、OBC充電方案是汽車電氣化的核心系統(tǒng)。

在PCIM的現(xiàn)場，安森美展出了高集成度的主驅(qū)逆變器模塊VE-Trac、第七代IGBT（FS7 IGBT）、直流快充方案、車載充電機的方案等。

據(jù)WK Chong介紹，1200V FS7 IGBT是安森美在中國區(qū)首次展示。新的1200V溝槽型場截止（FS7）IGBT在高開關頻率能源基礎設施應用中用于升壓電路提高母線電壓，及逆變回路以提供交流輸出。FS7器件的低開關損耗可實現(xiàn)更高的開關頻率，從而減少磁性元件的尺寸，提高功率密度并降低系統(tǒng)成本。對于高功率能源基礎設施應用，最新的1200V FS7 IGBT包括高速（S系列）和中速（R系列）版本。所有器件都含一個優(yōu)化的二極管，實現(xiàn)低VF，減少開關損耗，可在高達175℃的結(jié)溫（TJ）下工作。S系列器件如FGY75T120SWD的開關性能領先市場現(xiàn)有1200V IGBT。經(jīng)7倍額定電流的測試，這種高可靠性的IGBT產(chǎn)品展現(xiàn)出出類拔萃的抗閂鎖能力。R系列針對以導通損耗為主的中速開關應用如電機控制和固態(tài)繼電器進行了優(yōu)化。

工業(yè)智能電源方案

除了可再生能源和汽車外，工業(yè)也是可持續(xù)發(fā)展的重點優(yōu)化方向。傳統(tǒng)工業(yè)的升級改造，有著巨大的碳排放優(yōu)化空間。

安森美在此次PCIM上展出了工業(yè)級自動化方案、智能電源方案、超高密度（UHD）方案、高密度3kWPFC+LLC方案。

其中超高密度（UHD）方案，采用圖騰柱功率因數(shù)校正（PFC）、LLC和EliteSiC設計，適用于嚴苛、高性能和空間受限的電源應用。

結(jié)語

要實現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展，就必然要提高能源產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換效率，功率器件是其中的關鍵。安森美提供了IGBT、SiC MOSFET、SiC模塊、PIM等一系列領先的功率器件和解決方案，并提供了高效率準確的仿真方案，助力客戶的高效電源設計。

而隨著SiC的滲透率在汽車、工業(yè)和可再生能源系統(tǒng)中的提高，SiC在整個市場仍處于非常緊俏的需求狀態(tài)。WK Chong表示，安森美在SiC方面今年將繼續(xù)加大產(chǎn)能擴充，同時繼續(xù)追求優(yōu)化產(chǎn)品良率。而未來8英寸晶圓廠投產(chǎn)時，SiC的成本優(yōu)勢將會進一步擴大。