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简述!石墨二极体正式成为高功率控制器商品核心理念竞争优势

时间:2022-06-17   访问量:1792

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石墨(SiC)是碳和硅的氧化物,石墨石墨材料目前选用力学固相截叶(PVT)法,在超过2000℃的低温下,将油墨和蕨科瓶透过低温还原成氢原子,透过温控堆积在石墨极薄上形成石墨固体。石墨是第二代宽TNUMBERG25Mi半导体材料,与硅(Si)相比,石墨的阻抗率打穿气压Villamblard、饱和状态电子零件漂移速度更快且阻抗率更高。因此,当用于电子零件元件中时,石墨电子零件元件拥有高壳体、高速路驱动器、低导通阻抗、高效等缺点,有利于降低能源消耗和增大系统表面积。

一、PFC阻抗在安规中的必要性小家电用二极体

阻抗设计中,由于整流器后选用高容量的低通滤波器电感,呈现出容抗阻抗,而在电感锂离子时能使电力中造成大量最上增益,造成环境污染和阻碍,人们开始在阻抗设计中导入PFC阻抗,输出功率在75W以上的阻抗设计强制性要求重新加入PFC阻抗以提高低频,修改阻抗缺点。

PFC分为主动式和主动式两种。主动式选用大电感串连补偿金,主要缺点是表面积大,且工作效率低。随着近几年电子零件元件飞速发展,主动式PFC被主动式PFC全面替代。主动式PFC选用PFC驱动器、驱动器管、电感和二极体组成降压阻抗,具有重量轻,输出电流范围宽,低频补偿金效用好的缺点。

主动式PFC透过驱动器驱动驱动器管降压、二极体整流器为主电感充电,根据电流电流之间的相位差进行输出功率因素补偿金。

二、石墨应用于PFC阻抗优势

随着业界对控制器输出功率密度的追求,以及氮化镓输出功率电子零件元件的普及,主动式PFC需要提高工作频率来减小磁芯表面积,此时常规快恢复二极体的性能已经不能满足高频下整流器需求,这为石墨二极体在PFC上的应用创造有利条件。

安森美基于Si的超高速路二极体

Alpha Power基于石墨的二极体

SiC二极体相对于Si二极体有如下的缺点:

没有反向恢复电流,反向恢复时间极短,应用中没有反向恢复尖峰,在CCM模式下具有很强的优势,硅二极体反向恢复电流的峰值相当可观,有的甚至会数倍于正向电流,这不但会增加二极体的损耗,也会引起较大的EMT(电磁阻碍)。当频率升高时,关断和导通频繁,损耗就更加严重,如果二极体反向恢复时间过长,而频率过高的话,反向恢复阶段还没结束,下一个脉冲又到来,则二极体在正、反向都可导通,失去了二极体最基本的缺点,起不到驱动器作用。二极体完全无法工作。所以二极体反向恢复电流和恢复时间的存在会限制阻抗设计的驱动器频率,无法进一步小型化。高频整流器阻抗中要选择反向恢复电流较小、反向恢复时间较小的整流器二极体。另外反向恢复电流在CCM电流连续模式下,会对驱动器管造成很大的威胁。反向恢复的电流会反射到驱动器管上,使驱动器管的应力增加,损耗增大。小家电用二极体

SiC的临界打穿场强是Si的10倍左右,这意味着SiC具有更高的电流耐受,壳体等级可达到3300V以上,适用的场合更广泛,在相同输出功率下SiC的表面积可以做到更小。另外电子零件元件的导通阻抗更小,高压损耗低。SiC二极体的TNUMBERG25Mi宽度是硅管的三倍,有更高工作温度,硅管在150~175℃之后,可靠性和性能指标明显下降。而且SiC二极体的性能基本不受结温的影响,最高工作温度175℃ 依旧可以可靠运行。小家电用二极体

石墨材料导热率高,是硅的3倍,导热率高,电子零件元件热传导能力越强,温升就会小,寿命更长。一减少散热介质的表面积,简化冷却系统的设计和成本。二可以工作在更高的环境温度下,稳定性更高,维护成本降低。三相同表面积的电子零件元件输出功率密度会更高。SiC电子零件饱和状态漂移速度是硅的2倍,同时没有反向恢复电流的缺点,决定了SiC二极体可以工作在更高的工作频率。整个系统的表面积,成本会随着驱动器频率的的提高而减小。

SiC材料抗辐射能力高,抗中子辐射能力至少是硅的四倍,适用于特殊场合的商品中。

三、有哪些高输出功率快充导入了石墨

石墨凭借其独特的属性,已经开始在高输出功率、高密度快充控制器中崭露头角,获得众多控制器工厂青睐。充电头网透过往期的拆解了解到,目前已有倍思120W快充、MOMAX 100W 快充,以及REMAX 100W快充内置了石墨,从而实现了更高的输出功率密度。

1、Baseus倍思2C1A 120W氮化镓充电器

2020年2月25日,倍思推出全球第一款氮化镓+石墨 (GaN+SiC) 充电器,并在kickstarter众筹成功。该商品输出功率高达120W,并且同样搭配2C1A多口输出配置。倍思Galio 120W充电器中使用的氮化镓(GaN)和石墨(SiC)是目前最为先进的电子零件半导体材料,它们具有高频率缺点在高电流大电流传输方面具有优势,这意味着可以达到更高的工作效率,更低的发热量和更小的表面积。小家电用二极体

据了解,倍思Galio 120W充电器在PFC整流器阻抗中选用了一颗来自Alpha Power的石墨二极体,商品型号:ACD06PS065G;搭配纳微氮化镓输出功率电子零件元件,由安森美PFC驱动器进行主动式低频校正。

2、MOMAX摩米士100W 2A2C氮化镓快充充电器

摩米士100W 2A2C氮化镓充电器机身方正扁平,配备可折叠插脚,而且从插脚设计来看,还支持组装其它规格插脚,便携且适用于各个地区。充电器支持QC、AFC、FCP、SCP、MTK PE+2.0、PD和PPS快充协议,并将两类接口设计成支持盲插使用,用户无需刻意寻找快充接口,使用方便。接口支持100W、65W+30W、华为22.5W快充,支持广泛,实用性强。整个商品集便携、易用于一身。

MOMAX这款充电器选用美浦森MSD06065V1石墨二极体配合英诺赛科INN650D2氮化镓驱动器管以及恩智浦PFC驱动器进行主动低频校正。据了解,美浦森MSD06065V1是一颗650V壳体的石墨肖特基二极体,TO252封装。小家电用二极体

3、REMAX睿量100W 2A2C氮化镓快充充电器

REMAX 100W 2A2C氮化镓充电器选用白色机身壳,表面哑光处理,整体看去非常简洁。充电器配有2A2C共4个接口,支持多种常见快充协议,USB-C口和USB-A口分别具备单口最大100W和30W输出,并支持多口同时快充,可以满足笔记本电脑、手机、平板、移动控制器等多种设别的充电需求。

充电头网透过拆解了解到,这款充电器内置PFC降压阻抗,选用LLC+GaN高性能架构。PFC降压部分选用恩智浦驱动器,并选择美浦森MSD04065G1石墨二极体以及英诺赛科INN650D2氮化镓驱动器管进行整流器。美浦森MSD04065G1是一颗650V壳体的石墨肖特基二极体,TO252封装。

1、Alpha Power Solutions ACD06PS065G

Alpha Power Solutions ACD06PS065G,属于工业级电子零件元件,壳体650V,额定电流6A,正向压降1.5V,最大连续电流18A,DFN8*8封装,可用于太阳能逆变器,AC/DC转换器,DC/DC转换器和不间断控制器等。小家电用二极体

应用案例:

1、泰科天润G5S06506QT

泰科天润G5S06506QT具备正温度系数,易于并联使用;不受温度影响的驱动器缺点;最高工作温度可达150℃;同时具有零反向恢复电流、零正向恢复电流的缺点。G5S06506QT是一颗单极电子零件元件,极大降低驱动器损耗,并联电子零件元件中没有热崩溃,降低系统对散热片的依赖。适用于驱动器模式控制器(SMPS),低频校正(PFC);电机驱动、光伏逆变器、不间断控制器、风力发动机、列车牵引系统、电动汽等领域。小家电用二极体

2、泰科天润G5S06506ZT

泰科天润G5S06506ZT具备正温度系数,易于并联使用;不受温度影响的驱动器缺点;最高工作温度可达175℃;同时具有零反向恢复电流、零正向恢复电流的缺点。G5S06506ZT是一颗单极电子零件元件,极大降低驱动器损耗,并联电子零件元件中没有热崩溃,降低系统对散热片的依赖。适用于驱动器模式控制器(SMPS),低频校正(PFC);电机驱动、光伏逆变器、不间断控制器、风力发动机、列车牵引系统、电动汽等领域。

Maplesemi美浦森

PY平伟

1、平伟PASC0665GG

平伟PASC0665GG是一款650V肖特基二极体,具有零反向恢复/零正向恢复、高效运行、切换速度极快、不受温度影响的驱动器缺点。适用于阻抗设计、低频校正阻抗、太阳能逆变器、不间断控制器等领域。小家电用二极体

总结

使用SiC代替传统Si二极体的优势在于工作效率提高,更符合节能减排的要求、可靠性提高,维护成本降低、商品表面积更小,成本进一步降低,使商品更具有竞争优势。在氮化镓快充适配器中应用石墨二极体,利用石墨二极体的极短反向恢复时间优势,配合氮化镓的高速路驱动器缺点,可以提高PFC级的驱动器频率,使用更小表面积的电感满足输出输出功率。从而提高适配器输出功率密度,满足高输出功率适配器的小表面积要求。

石墨材料作为第二代半导体,目前已有多家厂商投产,在诸多场合替代传统快恢复二极体,提高了电动汽车、逆变器、轨道交通、太阳能和风力发电上的工作效率和可靠性。如今导入高输出功率氮化镓适配器中,为高输出功率、高密度PD快充的普及更增添一份力量。(Alpha Power Solutions)创能动力、(Global Power)泰科天润、(Maplesemi)美浦森以及(PY)平伟等众多知名厂牌石墨二极体,都可浏览其一级授权代理商世强硬创平台。

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