意法半导体新能源功率器件解决方案

在《意法半导体新能源功率解决方案：从产品到应用，一文读懂（上篇）》文章中，我们着重介绍了ST新能源功率器件中的传统IGBT和高压MOSFET器件，让大家对其在相关领域的应用有了一定了解。接下来，本文将聚焦于ST的SiC、GaN等第三代半导体产品以及其新能源功率解决方案。

碳化硅MOSFET

ST提供丰富的碳化硅器件，到目前共三代产品。第三代器件产品非常丰富，支持650V/750V/900V/1200V，重点产品包括650V/14-55mΩ的不同封装器件、1200V/15-75mΩ不同封装器件。最新推出的2200V/31mΩ特高压SiC MOSFET，特别适合1500V光伏系统应用。

ST还为碳化硅器件提供丰富的封装类型。除传统的TO247三脚、四脚封装，还包括TO-LL、HU3PAK等新型封装。

650V/（40mΩ、55mΩ、27mΩ、14mΩ）碳化硅TO-LL封装器件都已量产，适合高频、高功率密度的服务器电源、储能应用，同时Kelvin引脚支持15V驱动。

HU3PAK器件采用顶部散热形式，可支持650V、1200V，同时获得ACQ101认证，除工业应用外，也适合车载应用，已在车载OBC和DC/DC及光伏储能领域有成熟用例。

除分立器件，ST还提供针对不同功率应用的SiC模块产品。ACEPACK DMT-32和ACEPACK SMIT是介于模块和单管间的一种塑封小模块，适合30kW10kW及以下的功率密度较高的应用；中等规模的ACEPACK1&2适合光伏储能应用；150kW大模块主要针对汽车电驱应用。

ACEPACK SMIT比较灵活，可在内部封装半桥或做成单管，2500V的电气隔离可简化装配，内部集成DBC隔离顶部散热，适合功率密度和效率较高的应用。

ACEPACK1&2包括全桥、半桥、三相桥等很多产品，如全桥1200V/8mΩ、半桥1200V/6mΩ模块、T型1200V/12mΩ等。

碳化硅二极管和整流器

ST碳化硅二极管和整流产品包括三类：200V以上不同开关速度的快恢复二极管，650和1200V碳化硅二极管，及小于200V的肖特基功率管。

ST碳化硅二极管电流等级覆盖2-40A，电压等级在650/1200V，主要分为两个系列，都提供工业和汽车两种等级产品：

✦ 侧重于导通压降VF的Blank系列，650V/8-40A

✦ 冲击电流IFSM较大的H系列，650/1200V，2-40A

导通压降VF和冲击电流IFSM是两个重要参数。最新推出的G系列兼具VF和IFSM优势，在低VF基础上提升了IFSM，同时在IFSM与H系列基本一致情况下，对VF值进行了优化。目前，G系列TO-220和D2PAK封装产品，以及其他最新产品都在开发当中。

G系列1200V产品相对于H系列1200V产品，在保持VF值基本相似的基础上，对IFSM做了较大提升。如下图所示，H系列的冲击电流通常是平均电流的6-8倍之间，G系列可达到10倍以上，可靠性和效率表现都出色。

ST快恢复二极管不同的产品系列针对不同开关频率的应用：

✦ MC/HC系列：0-20kHz低频

✦ AC/RQ系列：20-40kHz

✦ R/M系列：高频

更高频率应用可选择碳化硅二极管。LLC输出应用主要推荐RQ系列。它实现了导通损耗和开关损耗的均衡，常用在通信电源、服务器电源和充电桩输出中。

氮化镓器件

ST的氮化镓产品具有很多优势：开关速度快，漏电流小，导通压降较低，特别适合高效率、高开关频率应用，硬开关应用更能体现它的优势。相比于碳化硅、IGBT或高压MOSFET，氮化镓硬开关损耗很低，但由于其采用硅衬底，成本比碳化硅低。

除了汽车和小功率应用外，氮化镓还可应用于工业、新能源领域的5G电源、服务器电源，以及储能、微型逆变器等。

ST氮化镓e-mode常规性器件基于6英寸工艺，目前提供100V和650V器件，8英寸器件正在开发中。650V产品导通电阻从14mΩ、30mΩ到290mΩ；100V产品正在开发中，导通电阻从1.2mΩ到11mΩ，多种封装形式也在开发中。

ST新能源解决方案

除了丰富的功率器件，ST还提供很多解决方案和参考设计帮助用户加速设计。

100W反激式辅助电源，母线电压在200、250V到1000V，针对大多数光伏、UPS及各种工业应用，采用ST 1700V K5开关管，也可用1700V 1Ω碳化硅MOSFET，可以做高母线电压反激拓扑，最高效率可达88%。

1.2kW氮化镓图腾柱PFC应用，采用650V 65mΩ氮化镓器件，PowerFLAT 5*6封装。图腾柱中两个工频管采用M5系列61mΩ普通高压MOSFET，驱动器和主控芯片都采用ST产品。

15kW AC/DC双向转换全碳化硅方案，采用第二代碳化硅器件，横管使用650V 55mΩ器件，竖管用1200V 70mΩ器件，开关频率可达70kHz，功率因数超过0.98。

30kW Vienna PFC碳化硅方案，竖管采用1200V 40A H系列碳化硅二极管，横管用碳化硅MOSFET，峰值效率在800V母线可达98.56%，PF值达0.99。

30kW移相LLC解决方案，采用第三代1200V 25mΩ碳化硅MOSFET。主控和驱动、模拟芯片均使用ST产品，功率密度可达50W/in3。

25kWDC/DC DAB双向转换，前级采用1200V 12mΩ全桥模块，后级采用两个1200V 6mΩ半桥模块，主控采用STM32G474，输入800V，输出250-650V，在80%负载情况下效率可达98%，开关频率达100kHz，适合充电桩、储能应用中的双向转换。

50kW T型三电平DC/AC光伏逆变器，采用ST最新的1200V 8mΩ第三代碳化硅模块，驱动也使用ST器件，效率可达98.6%，开关频率可达40kHz，该方案目前还在开发当中。

ST拥有丰富的功率器件产品组合，涵盖传统硅器件以及第三代半导体产品，除传统封装外，还提供TO-LL、HU3PACK、ACEPACK SMIT等先进封装，适配高功率、高效率应用。此外，ST提供裸带封装、开发板及设计参考，助力用户将产品快速推向市场。为满足新能源市场发展需求，ST将继续创新优化产品与服务，积极适配各类新能源应用场景，为行业发展持续注入强劲动力。