Em 2020, quando a maioria dos fabricantes de fontes de carregamento rápido ainda estava explorando o mercado de carregamento rápido de nitreto de gálio de 65 W,A Baseus foi pioneira no primeiro carregador rápido do setor com nitreto de gálio e carbeto de silício de 120 W.Foi esse produto que transformou o "carregamento rápido com carbeto de silício" de uma ideia em realidade pela primeira vez, abrindo caminho para o uso comercial do carbeto de silício no campo do carregamento rápido.

Subseqüentemente,MOMAX,REMAXOutros fabricantes seguiram o exemplo e lançaram uma variedade de fontes de carregamento rápido de alta potência de 100 watts baseadas em carboneto de silício, o que também permitiu que mais e mais especialistas do setor e consumidores tivessem uma melhor compreensão do carboneto de silício.

1. Anúncio oficial: O carboneto de silício está incluído no 14º Plano Quinquenal.

Em 13 de março de 2021, a Xinhuanet publicou o "Décimo Quarto Plano Quinquenal para o Desenvolvimento Econômico e Social Nacional da República Popular da China e o Esboço de Metas de Longo Prazo para 2035". No campo de "circuitos integrados", carboneto de silício,nitretos de gálioÉ necessário desenvolver semicondutores com grandes gaps de energia.

O carbeto de silício e o nitreto de gálio são ambos materiais semicondutores de banda larga de terceira geração. O fato de terem sido incluídos no "14º Plano Quinquenal" demonstra que sua importância atingiu o nível nacional. Acredito que, com o apoio do país, será rapidamente criado um ambiente propício ao desenvolvimento de semicondutores de terceira geração, e as perspectivas são promissoras.

2. Vantagens do carboneto de silício para carregamento rápido

O carbeto de silício (SiC) é um composto de carbono e silício. Atualmente, o material monocristalino de carbeto de silício é produzido pelo método de transporte físico de vapor (PVT). A altas temperaturas, acima de 2000 °C, o pó de carbono e o pó de silício são decompostos em átomos por meio de alta temperatura e depositados sobre o cristal semente de carbeto de silício, através do controle de temperatura, para formar cristais de carbeto de silício.

Como material semicondutor de terceira geração, o carbeto de silício (SiC) possui maior rigidez dielétrica, velocidade de deriva de elétrons saturada mais rápida e maior condutividade térmica do que o silício (Si). Portanto, quando utilizado em dispositivos semicondutores, o carbeto de silício apresenta características como alta tensão suportável, comutação de alta velocidade, baixa resistência de condução e alta eficiência, o que contribui para a redução do consumo de energia e do tamanho do sistema.

O carboneto de silício pode ser amplamente utilizado em veículos elétricos, inversores, transporte ferroviário, energia solar, energia eólica, fontes de alimentação para o consumidor e outros campos. Nos últimos anos, com a popularização da tecnologia de carregamento rápido USB PD e a maturidade da tecnologia de nitreto de gálio, o mercado de fontes de carregamento rápido de alta potência emergiu gradualmente. Os diodos de carboneto de silício também começaram a aparecer no mercado de fontes de alimentação para o consumidor e entraram em diversas cadeias de suprimentos de carregamento rápido de alta potência de centenas de watts, ajudando as fontes de carregamento rápido a atingirem maior eficiência e tamanho menor.

A Charging Head Network descobriu que, entre os produtos de carregamento rápido de alta potência,Os diodos de carbeto de silício são usados ​​principalmente para a retificação boost do estágio PFC.Em conjunto com dispositivos de potência de nitreto de gálio, a frequência de operação do nível PFC pode ser aumentada de menos de 100 kHz no carregamento rápido tradicional para 300 kHz, reduzindo assim o volume do indutor de reforço, alcançando um design de alta densidade de potência e também melhorando muito a eficiência da fonte de alimentação.

Em fontes de alimentação chaveadas, devido ao uso de capacitores de filtro de alta capacidade após a retificação, surge uma carga capacitiva. Quando o capacitor é carregado e descarregado, um grande número de harmônicos de alta ordem é gerado na rede elétrica, causando poluição e interferência. Por isso, começaram a ser introduzidos circuitos PFC em fontes de alimentação chaveadas. Fontes de alimentação chaveadas com potência superior a 75 W exigem a adição de circuitos PFC para melhorar o fator de potência e corrigir as características da carga.

O PFC divide-se em dois tipos: passivo e ativo. O tipo passivo utiliza um indutor de grande porte para compensação em série. Suas principais desvantagens são o tamanho grande e a baixa eficiência. Com o rápido desenvolvimento de dispositivos semicondutores nos últimos anos, o PFC passivo foi completamente substituído pelo PFC ativo. O PFC ativo utiliza um controlador PFC, um transistor de comutação, um indutor e um diodo para formar um circuito elevador de tensão. Ele apresenta as vantagens de tamanho reduzido, ampla faixa de tensão de entrada e bom efeito de compensação do fator de potência.

Portanto, o carboneto de silício tem atraído cada vez mais atenção no campo das fontes de alimentação para o consumidor, e gradualmente se tornou o principal diferencial competitivo dos produtos de carregamento rápido de alta potência.

3. Fornecedores de carboneto de silício no mercado de carregamento rápido

A Charging Head Network apurou, por meio de pesquisas, que existem atualmente cinco fornecedores de carboneto de silício no mercado que podem ser utilizados na área de fontes de carregamento rápido USB PD de alta potência, a saber: Alpha Power Solutions, Global Power Tyco Tianrun, Maplesemi, SGKS Sen Guoke e PY Pingwei.

A classificação a seguir não segue nenhuma ordem específica e está organizada apenas em ordem alfabética por marca para facilitar a consulta pelos leitores.

Alfa Power Soluções

A Alpha Power Solutions (APS) foi fundada em 2017 e transferiu sua sede de Hong Kong para Xangai em 2019. É a primeira empresa nacional a desenvolver com sucesso a tecnologia de fabricação de wafers de carbeto de silício de 6 polegadas. Combina processos-chave proprietários de SiC para se concentrar na fabricação de dispositivos de SiC de alta potência. Até o momento, a empresa desenvolveu mais de 30 produtos e detém mais de 30 patentes de invenção e aplicação. Atualmente, os diodos de SiC produzidos em massa, líderes do setor, possuem tensão máxima de 3300V e corrente de até 50A.

A Alpha Power Solutions é a primeira empresa nacional a produzir com sucesso wafers de carbeto de silício de 6 polegadas em uma fundição de wafers de silício; a primeira empresa nacional a adotar a Tecnologia de Afinamento na produção de diodos de carbeto de silício; a primeira empresa nacional a ter sua própria arquitetura JBS patenteada (Buffer JBS); e a primeira fornecedora nacional de dispositivos de carbeto de silício a estar em pé de igualdade com os fabricantes internacionais em termos de desempenho e qualidade do produto.

Segundo relatos,A Chuangneng Power lançou o diodo de carbeto de silício ACD06PS065G., pode ser usado em inversores solares, conversores CA/CC, conversores CC/CC e sistemas de alimentação ininterrupta, etc. Vale mencionar queO dispositivo também participou do desenvolvimento do primeiro carregador rápido do setor, feito de carbeto de silício e nitreto de gálio., permitindo que o carboneto de silício seja oficialmente comercializado no campo de fontes de alimentação para o consumidor.

A Tyco Tianrun Semiconductor Technology (Beijing) Co., Ltd. é uma das empresas pioneiras na industrialização de dispositivos de potência de carbeto de silício (SiC) na China. A Tyco Tianrun está comprometida com o desenvolvimento da indústria chinesa de fabricação de dispositivos de potência semicondutores e fornece produtos de alta qualidade e serviços profissionais para consumidores globais desse setor.

A Tyco Tianrun possui uma fábrica completa de wafers para processamento de semicondutores em Pequim.E construiu uma linha de produção de chips de potência de carboneto de silício de 6 polegadas em Liuyang, Hunan., que permite a fabricação de dispositivos semicondutores de potência em wafers de SiC de 4/6 polegadas. Como empresa nacional de P&D, produção e serviços de plataforma de carboneto de silício, a linha de produtos da Tyco Tianrun abrange produtos de tecnologia básica, produtos de moldagem de carboneto de silício e diversos conjuntos de soluções industriais.

Atualmente, a linha de dispositivos de carbeto de silício da Tyco Tianrun, incluindo os modelos de 650V/2A-100A, 1200V/2A-50A, 1700V/5A-50A e 3300V/0.6A-50A, entre outros, já está em produção em massa.E lançou dois diodos de carbeto de silício dedicados a circuitos PFC de carregamento rápido.A qualidade do produto é totalmente comparável ao nível avançado da indústria internacional.

A Tyco Tianrun está promovendo dispositivos de potência de SiC para campos de aplicação mais amplos e abrangentes por meio de exploração e desenvolvimento conjuntos com parceiros da indústria, institutos de pesquisa científica e especialistas nacionais e estrangeiros.

Fundada em 2014, a Mepson Semiconductor é uma empresa com cadeia industrial completa, integrando P&D, projeto, produção, vendas e serviços. É uma empresa nacional de alta tecnologia que atua principalmente nas séries de produtos de MOSFETs de potência, MOSFETs de média e baixa tensão, MOSFETs de superjunção, MOSFETs de carbeto de silício, diodos de carbeto de silício e outros.

A Mepsen Semiconductor concentra-se no projeto, desenvolvimento, teste e venda de dispositivos de potência baseados em estruturas de processo avançadas como Planar VDMOS, Trench MOS, SJMOS, SiC SBD, SiC MOS e outras. Com foco nos mercados de eletrônicos de consumo, indústria e novas energias, entre outros, estamos comprometidos em nos tornar uma empresa de componentes de potência de classe mundial.

Entende-se queMepson lança diodos de carbeto de silício para circuitos PFCCom uma resistência à tensão de 650V e uma resistência à temperatura de 175 graus, ele agora entrou noMOMAXeREMAXA cadeia de suprimentos de duas marcas de acessórios bastante conhecidas foi unanimemente reconhecida pelos clientes por seu desempenho.

SGKS Sen Guoke

A Shenzhen Senguoke Technology Co., Ltd. foi fundada em novembro de 2013 e é uma empresa de design de semicondutores fabless. A empresa está sediada no Parque Ecológico de Ciência e Tecnologia, distrito de Nanshan, Shenzhen, e possui centros de P&D e operações em Shenzhen e Chengdu.

Desde a sua fundação, a Senguoke lançou chips das séries Vision-ADAS (Advanced Assisted Driving), gravadores de IA e fontes de alimentação, que têm sido amplamente utilizados nas indústrias automotiva e de eletrônicos de consumo. Em 2018, a empresa começou a investir no desenvolvimento de chips para acionamento de motores e dispositivos de potência em SiC. Em 2020, os produtos começaram a se destacar no mercado.

A Senguoke oferece soluções completas de chips e sistemas em mercados como gravadores 4G, ADAS e campainhas inteligentes com sensor de presença, fornecendo aos clientes serviços integrados e criando mais oportunidades para parceiros upstream e downstream.

PY Pingwei

A Chongqing Pingwei Industrial Co., Ltd. é uma empresa IDM (Integrated Design Manufacturer) de semicondutores de potência que integra serviços de design de chips, embalagem e teste, aplicação e testes de confiabilidade. Com dispositivos semicondutores de potência como base industrial, a empresa estabeleceu plataformas de desenvolvimento, fabricação e teste de produtos para diversos mercados, como terminais inteligentes, controle industrial, Internet das Coisas (IoT), veículos de nova energia, comunicações 5G, eletrodomésticos, internet via satélite, eletrônica de segurança, iluminação verde, entre outros, fornecendo dispositivos de potência de média, baixa e alta tensão, módulos e outros produtos e soluções de sistema de alta confiabilidade.

A Pingwei está localizada no Parque Industrial de Liangping, em Chongqing, e é especializada na produção de diversos dispositivos semicondutores, incluindo diodos retificadores, diodos de recuperação rápida, TVS, diodos Zener, diodos Schottky, pontes retificadoras, MOSFETs, IGBTs, dispositivos retificadores síncronos, dispositivos de SiC e GaN, etc. Abrange uma área de 240,000 metros quadrados, possui um capital social de 350 milhões de yuans e um investimento total de mais de 1.5 bilhão de yuans.

A empresa possui 45 linhas de produção de embalagens e 6 linhas de produção piloto, além de ter construído uma oficina independente de fabricação inteligente e controlável de semicondutores discretos. Ela produz e vende 20 bilhões de diversos dispositivos semicondutores de potência anualmente. É a maior fornecedora abrangente de dispositivos semicondutores de potência para fontes de alimentação na China.

Aplicação do circuito retificador PFC para carregamento rápido PD de alta potência.A Pingwei lança um diodo de carbeto de silício, o PASC0665GG.Com características de recuperação reversa zero/recuperação direta zero, operação eficiente, velocidade de comutação extremamente rápida e características de comutação que não são afetadas pela temperatura.

4. Capa de carregamento rápido em carboneto de silício

Com suas propriedades únicas, o carboneto de silício começou a se destacar como uma fonte de carregamento rápido de alta potência e alta densidade, sendo a escolha preferida de muitas empresas do setor. A Charging Head Network apurou, por meio de análises anteriores, que atualmente existem...Carregamento rápido Baseus de 120 W,Carregamento rápido MOMAX de 100 W,assim comoCarregamento rápido REMAX de 100 WFoi a primeira a introduzir a tecnologia de carboneto de silício, permitindo que os produtos atingissem uma densidade de potência mais elevada.

1,Carregador GaN Baseus 2C1A de 120 W

Em 25 de fevereiro de 2020, a Baseus lançou o primeiro carregador do mundo feito com nitreto de gálio + carbeto de silício (GaN + SiC) e obteve sucesso em sua campanha de financiamento coletivo no Kickstarter. Este produto tem potência de até 120W e também está equipado com uma configuração de saída multiportas 2C1A. O nitreto de gálio (GaN) e o carbeto de silício (SiC) utilizados no carregador Baseus Galio de 120W são atualmente os materiais semicondutores eletrônicos mais avançados. Suas características de alta frequência oferecem vantagens na transmissão de alta tensão e alta corrente, o que significa que é possível alcançar maior eficiência, menor geração de calor e tamanho reduzido.

Entende-se que o carregador Baseus Galio de 120 W utiliza um diodo de carbeto de silício da Alpha Power no circuito retificador PFC, modelo do produto: ACD06PS065G; ele é combinado com um dispositivo de potência de nitreto de gálio nano e um controlador PFC da ON Semiconductor realiza a correção ativa do fator de potência.

2,Carregador rápido MOMAX 100W 2A2C com nitreto de gálio

O carregador Momis 100W 2A2C com nitreto de gálio possui um corpo quadrado e plano, além de pinos dobráveis. O design dos pinos permite a montagem de conectores de outras especificações, tornando-o portátil e adequado para diversas regiões. O carregador suporta os protocolos de carregamento rápido QC, AFC, FCP, SCP, MTK PE+2.0, PD e PPS, e os dois tipos de interfaces permitem a conexão sem necessidade de procurar a porta de carregamento rápido, facilitando o uso. A interface suporta carregamento rápido de 100W, 65W+30W e Huawei 22.5W, oferecendo ampla compatibilidade e alta praticidade. O produto é portátil e fácil de usar.

O carregador da MOMAX utiliza um diodo de carbeto de silício Mepsen MSD06065V1, um transistor de comutação de nitreto de gálio Innosec INN650D2 e um controlador NXP PFC para correção ativa do fator de potência. Entende-se que o Mepsen MSD06065V1 é um diodo Schottky de carbeto de silício resistente a 650V, encapsulado em TO252.

3,Carregador rápido REMAX de nitreto de gálio 2A2C de 100 W

O carregador REMAX de 100W com tecnologia 2A2C e tecnologia de nitreto de gálio possui um corpo branco com acabamento fosco, conferindo-lhe um visual minimalista. Equipado com quatro interfaces (2A2C), o carregador é compatível com diversos protocolos de carregamento rápido. As portas USB-C e USB-A oferecem potência máxima de saída de 100W e 30W, respectivamente, e permitem o carregamento rápido simultâneo de múltiplos dispositivos, atendendo às necessidades de carregamento de laptops, celulares, tablets, power banks e outros aparelhos.

A Charging Head Network descobriu, através da desmontagem, que este carregador possui um circuito boost PFC integrado e adota uma arquitetura de alto desempenho LLC+GaN. A parte boost do PFC utiliza um controlador NXP e seleciona o diodo de carbeto de silício Mipurson MSD04065G1 e o transistor de comutação de nitreto de gálio Innosec INN650D2 para retificação. O Mipurson MSD04065G1 é um diodo Schottky de carbeto de silício resistente a 650V, encapsulado em TO252.

Resumo da rede de cabeçotes de carregamento

Entre as fontes tradicionais de carregamento rápido PD, especialmente as de alta potência de 100 watts, a eficiência sempre foi um problema urgente para os engenheiros de energia. Para alcançar a confiabilidade do produto, a maioria dos carregadores teve que sacrificar o volume e adicionar dissipadores de calor de grande área. Isso também tornou o produto muito volumoso e a experiência do usuário não era ideal; essa situação só foi amenizada com a comercialização oficial dos semicondutores de terceira geração no setor de energia para o consumidor.

Entre os produtos de carregamento rápido de alta potência de 100 watts, o carboneto de silício e o nitreto de gálio são os melhores parceiros. Eles são usados ​​em conjunto para correção do fator de potência (PFC) e retificação na entrada da fonte de alimentação. Comparados aos dispositivos de silício tradicionais, não só a eficiência pode ser melhorada para alcançar o efeito de silhueta polar, como suas características de alta frequência podem ser usadas para reduzir o volume do indutor de reforço, melhorando assim a densidade de potência geral do produto.

Com o crescente número de dispositivos de alta potência, a demanda do mercado por carregadores rápidos multiportas compactos e de alta potência também se intensifica. Por um lado, isso impulsiona a evolução da arquitetura de energia, passando do padrão QR convencional para...PFC+LLC de alto desempenhoPor outro lado, essa transformação também aprofundou a dependência das fontes de carregamento rápido em semicondutores de terceira geração. O carboneto de silício apresenta perspectivas de aplicação mais amplas no campo das fontes de alimentação para o consumidor.

Como um importante ramo dos semicondutores de terceira geração, o carbeto de silício já vem sendo produzido por muitos fabricantes. Desta vez, a inclusão dos semicondutores de terceira geração no 14º Plano Quinquenal do país representa uma oportunidade singular para o desenvolvimento do carbeto de silício.

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