使用新型C3M 650V MOSFET节省BOM成本

美国的电力消耗预计将从4年的000万亿千瓦时增长到2020年的约5.500万亿千瓦时。[i] 消费的增长，不仅在美国，而且在世界范围内，将部分来自包括电动汽车（EV）在内的交通电气化，以及全球计算资源的增加 - 数十亿个人计算以及物联网（IoT）中的连接设备依赖于越来越多的服务器场。

所有应用市场，尤其是电动汽车和计算市场，都受益于降低功耗成本和占用的空间量，以更低的成本提供相同或更大的功能，从而具有竞争力和可持续地满足市场需求。

为了在电动汽车市场取得成功，公司需要扩大续航里程并降低物料清单 （BOM） 成本，以有效地与根深蒂固的内燃机 （ICE） 竞争。为了实现更大的续航里程，制造商需要更高容量的电池系统，这可以通过增加电池尺寸或提高功率效率来实现。不幸的是，增加电池尺寸也会增加车辆的重量，从而增加功耗。相反，通过相同尺寸的电池提供更多功率来实现更好的电源效率，可以减轻重量，更好地节省功率，最重要的是，减少消费者的“里程焦虑”。

另一方面，在IT领域，数据中心的电力，冷却和房地产成本可以轻松快速地超过初始硬件成本。新的能效标准，如80+钛，旨在通过提高系统效率来降低这些成本，但由于更复杂的拓扑中使用了额外的组件，在不增加BOM成本的情况下，很难实现。

使用碳化硅降低成本，提高效率

碳化硅（SiC）是一种半导体技术，已被广泛用于电动汽车充电器以及服务器和电信设备的电源。它相对于硅 （Si） 的优势使其成为在尺寸受限应用中需要更高功率密度的设计的理想选择。

碳化硅可实现高功率效率和高导热性，非常适合高功率密度应用。基于 SiC 的设计更轻，因为它们可以更好地处理热量并在更高的环境温度下工作，需要体积更小的热管理解决方案。它们还可以实现更高的开关频率，这需要更小、更轻的磁性元件和其他无源元件。

介绍Wolfspeed的第三代650V SiC MOSFET

Wolfspeed 通过推出第 650 代肖特基二极管确立了其在 6V SiC 领域的技术领先地位，实现了最高水平的系统效率。Wolfspeed 继续保持领先地位，推出了第 3 代 15mΩ 和 60mΩ（RDS（ON），25°C 时）650V MOSFET，进一步利用碳化硅的优势，降低开关损耗，提高功率效率和功率密度。

新器件 — C3M0015065D、C3M0015065K、C3M0060065D、C3M0060065J 和 C3M0060065K — 可在 –40°C 至 175°C 的宽温度范围内工作，并采用通孔 （TO-247-3、TO-247-4） 和表面贴装 （TO-263-7） 封装。

降低损耗的一个关键参数是低导通电阻。Wolfspeed 的新型 MOSFET 采用分立式封装，在整个工作温度范围内提供业界最低的导通电阻，60mΩ MOSFET 的额定 RDS（on） 在 80°C 时仅为 175mΩ。

器件的超低反向恢复电荷 （Qrr），60mΩ MOSFET 提供 62nC 的 Qrr，可降低开关损耗并实现更高的开关频率，从而减小系统中变压器、电感器、电容器和其他无源元件的尺寸和重量。

为了解决器件电容作为开关频率增加而增加开关损耗的另一个元件的担忧，Wolfspeed 为器件实现了低得多的器件电容，例如，80mΩ 型号的小信号输出电容 Coss 仅为 60 pF，289 mΩ 型号为 15 pF。

器件型号在 RDS（on）、连续漏极电流 ID 的指定值以及表 1 中提供的封装方面有所不同。

 

货号	C3M0015065D	C3M0015065K	C3M0060065D	C3M0060065K	C3M0060065J
漏源电压 （VDS)	650 伏	650 伏	650 伏	650 伏	650 伏
电流 - 连续漏极 （ID） @ 25°C	120 安培	120 安培	37 安培	37 安培	36 安培
驱动电压 VGS	15 伏	15 伏	15 伏	15 伏	15 伏
RDS（开启）（最大值）	21毫微电阻	21毫微电阻	79毫微电阻	79毫微电阻	79毫微电阻
功耗（最大值）	416 瓦 （三吨）	416 瓦 （三吨）	136 瓦 （三吨）	136 瓦 （三吨）	136 瓦 （三吨）

 

表 1：新型 C3M 650V MOSFET 的主要规格

降低 BOM 成本

新型 650V SiC 器件以多种方式帮助降低成本。与硅基 50V MOSFET 相比，Wolfspeed 的器件导通损耗降低多达 75%，开关损耗降低多达 650%，但功率密度提高了三倍，不仅有助于实现更高的效率，而且还降低了磁性元件和冷却设备的 BOM 成本，从而节省了成本。

例如，电动汽车 （EV） 的 6.6 kW 双向车载充电器 （OBC） 的典型 AC/DC 部分包括四个 650V IGBT、多个二极管和一个 700μH L1 电感器，占 BOM 成本的 70% 以上。该设计采用四个 650V SiC MOSFET 实现，需要的 L1 仅为 230 μH。与基于 IGBT 的设计相比，这可将 BOM 成本降低近 18%。

在 OBC 的 DC/DC 部分也可以看到类似的节省，因为磁性元件的成本显着降低。

图1：整体系统BOM成本比较表明，Wolfspeed基于SiC MOSFET的充电器解决方案可节省15%的成本。

在此应用中，Wolfspeed 器件的总体典型 BOM 成本降低了约 15%，而峰值系统效率为 97%，而基于 Si 的系统为 94%（图 1）。

利用参考设计加快上市时间

Wolfspeed 通过参考设计为其器件提供广泛的支持，新的 MOSFET 在这方面也不例外。对于上述 OBC 应用，该公司的全球应用工程团队创建了一个 6.6 kW 双向设计，具有 380 V 至 425 V 的直流链路和 250 V 至 450 V 的电池侧输出。

AC/DC 侧采用高效且具有成本效益的图腾柱拓扑结构，这是基于 Si 的实现无法在不牺牲复杂性和组件数量的情况下实现的。同时，DC/DC 侧将开关频率提升到 150kHz 至 300kHz 的较高范围，比典型的硅实现速度快 3 倍。

审核编辑：郭婷