В 2020 году, когда большинство производителей источников быстрой зарядки все еще изучают рынок 65-ваттных устройств быстрой зарядки на основе нитрида галлия,Компания Baseus стала пионером в отрасли, разработав первое в своем классе быстрозарядное устройство мощностью 120 Вт на основе нитрида галлия и карбида кремния.Именно этот продукт впервые превратил идею «быстрой зарядки с использованием карбида кремния» в реальность, открыв двери для коммерческого применения карбида кремния в области быстрой зарядки.

Впоследствии,МОМАКС,REMAXДругие производители последовали их примеру и выпустили множество мощных источников быстрой зарядки мощностью 100 Вт на основе карбида кремния, что также позволило все большему числу специалистов отрасли и потребителей лучше понять свойства карбида кремния.

1. Официальное объявление: Карбид кремния включен в 14-й пятилетний план.

13 марта 2021 года агентство Синьхуанет опубликовало «Четырнадцатый пятилетний план национального экономического и социального развития Китайской Народной Республики и набросок долгосрочных целей на 2035 год». В области «интегральных схем» карбид кремния,нитриды галлияНеобходимо разработать полупроводники с широкой запрещенной зоной.

Карбид кремния и нитрид галлия — это полупроводниковые материалы третьего поколения с широкой запрещенной зоной. Тот факт, что они могут быть включены в «14-й пятилетку», свидетельствует о том, что их значение возросло до национального уровня. Я считаю, что с помощью страны быстро сформируется благоприятная среда для развития полупроводников третьего поколения, и перспективы этого многообещающие.

2. Преимущества карбида кремния для быстрой зарядки

Карбид кремния (SiC) — это соединение углерода и кремния. В настоящее время для получения монокристаллического карбида кремния используется метод физического переноса паров (PVT). При высоких температурах, превышающих 2000 °C, порошок углерода и порошок кремния разлагаются на атомы под воздействием высокой температуры и осаждаются на затравку карбида кремния с контролем температуры, образуя кристаллы карбида кремния.

Карбид кремния (SiC), являясь полупроводниковым материалом третьего поколения, обладает большей диэлектрической прочностью на пробой, более высокой скоростью дрейфа насыщенных электронов и более высокой теплопроводностью, чем кремний (Si). Поэтому при использовании в полупроводниковых приборах устройства на основе карбида кремния обладают такими характеристиками, как высокое выдерживаемое напряжение, высокая скорость переключения, низкое сопротивление в открытом состоянии и высокая эффективность, что помогает снизить энергопотребление и уменьшить габариты системы.

Карбид кремния широко используется в электромобилях, инверторах, железнодорожном транспорте, солнечной и ветроэнергетике, бытовых источниках питания и других областях. В последние годы, с распространением технологии быстрой зарядки USB PD и развитием технологии нитрида галлия, постепенно сформировался рынок мощных источников быстрой зарядки. Диоды из карбида кремния также начали появляться на рынке бытовых источников питания и вошли в состав различных цепей питания для мощных источников быстрой зарядки мощностью в сотни ватт, помогая источникам быстрой зарядки достичь более высокой эффективности и меньших размеров.

Как стало известно компании Charging Head Network, среди мощных источников быстрой зарядки,Диоды из карбида кремния в основном используются для повышающего выпрямления в каскаде коррекции коэффициента мощности.В сочетании с силовыми элементами на основе нитрида галлия рабочая частота уровня коррекции коэффициента мощности может быть увеличена с менее чем 100 кГц, как в традиционной быстрой зарядке, до 300 кГц, что позволяет уменьшить объем повышающего индуктора, обеспечить высокую удельную мощность и значительно повысить эффективность источника питания.

В импульсных источниках питания из-за использования конденсаторов большой емкости после выпрямления возникает емкостная нагрузка. При зарядке и разрядке конденсатора в электросети генерируется большое количество высокочастотных гармоник, вызывающих помехи и загрязнение. Поэтому в импульсные источники питания стали внедрять схемы коррекции коэффициента мощности (PFC). Импульсные источники питания мощностью более 75 Вт требуют добавления схем PFC для улучшения коэффициента мощности и коррекции характеристик нагрузки.

Коррекция коэффициента мощности (PFC) делится на два типа: пассивная и активная. Пассивный тип использует большой индуктор для последовательной компенсации. Его основные недостатки — большие размеры и низкая эффективность. С быстрым развитием полупроводниковых приборов в последние годы пассивная коррекция коэффициента мощности была полностью заменена активной. Активная коррекция коэффициента мощности использует контроллер PFC, импульсный транзистор, индуктор и диод для формирования повышающей схемы. Она обладает преимуществами малых размеров, широкого диапазона входного напряжения и хорошего эффекта компенсации коэффициента мощности.

Поэтому карбид кремния привлекает все больше внимания в области источников питания для бытового использования и постепенно становится ключевым конкурентным преимуществом мощных устройств быстрой зарядки.

3. Поставщики карбида кремния на рынке быстрой зарядки

В ходе исследования компания Charging Head Network выяснила, что в настоящее время на рынке представлено пять поставщиков карбида кремния, пригодного для использования в мощных источниках быстрой зарядки USB PD: Alpha Power Solutions, Global Power Tyco Tianrun, Maplesemi, SGKS Sen Guoke и PY Pingwei.

Приведенные ниже рейтинги не имеют определенного порядка и отсортированы по брендам только в алфавитном порядке для удобства читателей.

Альфа Энергетические Решения

Компания Alpha Power Solutions (APS) была основана в 2017 году и в 2019 году перенесла свою штаб-квартиру из Гонконга в Шанхай. Это первая отечественная компания, успешно разработавшая технологию производства 6-дюймовых кремниевых пластин из карбида кремния. Компания сочетает в себе запатентованные ключевые процессы SiC для производства мощных SiC-устройств. На сегодняшний день компания разработала более 30 продуктов и самостоятельно владеет более чем 30 патентами на изобретения и приложения. В настоящее время ведущие в отрасли серийно выпускаемые SiC-диоды имеют максимальное напряжение 3300 В и ток до 50 А.

Компания Alpha Power Solutions — первая отечественная компания, успешно осуществившая пробное производство 6-дюймовых кремниево-карбидных пластин на кремниевом заводе; первая отечественная компания, внедрившая технологию истончения в производство кремниево-карбидных диодов; первая отечественная компания, имеющая собственную запатентованную архитектуру JBS (Buffer JBS); и первый отечественный поставщик устройств на основе карбида кремния, сопоставимый с международными производителями по производительности и качеству продукции.

По имеющимся данным,Кремниевый карбидный диод ACD06PS065G, выпущенный компанией Chuangneng Power.Может использоваться в солнечных инверторах, преобразователях переменного/постоянного тока, преобразователях постоянного/постоянного тока и источниках бесперебойного питания и т. д. Стоит отметить, чтоДанное устройство также принимало участие в разработке первой в отрасли системы быстрой зарядки на основе карбида кремния и нитрида галлия.это позволит официально коммерциализировать карбид кремния в сфере бытовых источников питания.

Компания Tyco Tianrun Semiconductor Technology (Beijing) Co., Ltd. является одним из сторонников индустриализации силовых полупроводниковых приборов из карбида кремния (SiC) в Китае. Tyco Tianrun стремится к развитию китайской полупроводниковой промышленности по производству силовых полупроводниковых приборов и предоставляет высококачественную продукцию и профессиональные услуги потребителям силовых полупроводников по всему миру.

Компания Tyco Tianrun владеет полным комплексом оборудования для производства полупроводниковых пластин в Пекине.А также построили линию по производству 6-дюймовых силовых чипов из карбида кремния в городе Люян, провинция Хунань., что позволяет реализовать процесс производства полупроводниковых силовых устройств на 4/6-дюймовых кремниевых карбидных пластинах. Как отечественная компания, занимающаяся исследованиями, разработкой, производством и платформенным обслуживанием карбида кремния, Tyco Tianrun предлагает широкий ассортимент продукции, включая базовые технологические продукты, изделия из карбида кремния, изготовленные методом литья под давлением, и различные отраслевые решения.

В настоящее время компания Tyco Tianrun запустила в серийное производство серию устройств на основе карбида кремния, включающую модели 650 В/2 А-100 А, 1200 В/2 А-50 А, 1700 В/5 А-50 А, 3300 В/0.6 А-50 А и другие.А также выпустили два диода из карбида кремния, предназначенных для схем коррекции коэффициента мощности (PFC) с быстрой зарядкой.Качество продукции полностью соответствует передовому уровню международной отрасли.

Компания Tyco Tianrun продвигает силовые устройства на основе SiC в более широкий спектр областей применения благодаря совместным исследованиям и разработкам с коллегами по отрасли, научно-исследовательскими институтами, а также отечественными и зарубежными экспертами.

Компания Mepson Semiconductor, основанная в 2014 году, представляет собой комплексное предприятие, объединяющее исследования и разработки, проектирование, производство, продажи и сервисное обслуживание. Это национальное высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на производстве силовых МОП-транзисторов, МОП-транзисторов среднего и низкого напряжения, суперпереходных МОП-транзисторов, МОП-транзисторов на основе карбида кремния, диодов на основе карбида кремния и других серий продукции.

Компания Mepsen Semiconductor специализируется на проектировании, разработке, тестировании и продаже силовых полупроводниковых приборов на основе передовых технологических процессов Planar VDMOS, Trench MOS, SJMOS, SiC SBD, SiC MOS и других. Ориентируясь на рынки потребительской электроники, промышленности, возобновляемой энергетики и т.д., мы стремимся стать компанией мирового класса в области силовых компонентов.

Понятно, чтоКомпания Mepson выпускает диоды из карбида кремния для схем коррекции коэффициента мощности.Обладая сопротивлением напряжению 650 В и температурной стойкостью 175 градусов, он теперь вошел в число...МОМАКС и REMAXПроизводственная цепочка двух известных брендов аксессуаров получила единодушное признание покупателей за свою эффективность.

СГКС Сен Гуоке

Компания Shenzhen Senguoke Technology Co., Ltd. была основана в ноябре 2013 года и является компанией, занимающейся разработкой полупроводниковых микросхем без собственного производства. Головной офис компании расположен в Научно-технологическом экологическом парке района Наньшань города Шэньчжэнь, а научно-исследовательские и производственные центры находятся в Шэньчжэне и Чэнду.

С момента своего основания компания Senguoke выпустила Vision-ADAS (Advanced Assisted Driving — усовершенствованная система помощи водителю), устройства для записи видео с использованием искусственного интеллекта и микросхемы питания, которые широко используются в автомобильной промышленности и производстве бытовой электроники. В 2018 году компания начала инвестировать в разработку микросхем управления двигателями и силовых устройств на основе SiC. В 2020 году продукция начала завоевывать рынок.

Компания Senguoke предоставляет комплексные решения в области микросхем и систем для таких рынков, как 4G-регистраторы, системы помощи водителю (ADAS) и интеллектуальные дверные звонки с функцией «кошачий глаз», обеспечивая клиентам комплексное обслуживание и создавая больше возможностей для партнеров в смежных отраслях.

ПЯ Пинвэй

Компания Chongqing Pingwei Industrial Co., Ltd. — это производитель силовых полупроводниковых микросхем, объединяющий проектирование, упаковку и тестирование, а также услуги по тестированию на надежность и применение. Опираясь на производственную базу в области силовых полупроводниковых устройств, компания создала платформы для разработки, производства и тестирования продукции в таких рыночных областях, как интеллектуальные терминалы, промышленное управление, Интернет вещей, электромобили, связь 5G, бытовая техника, спутниковый интернет, электроника безопасности, экологичное освещение и т. д., и предоставляет высоконадежные силовые устройства, модули и другие продукты и системные решения для среднего, низкого и высокого напряжения.

Компания Pingwei расположена в индустриальном парке Лянпин в Чунцине и специализируется на производстве различных полупроводниковых приборов, включая выпрямительные диоды, быстровосстанавливающиеся диоды, TVS-диоды, стабилитроны, диоды Шоттки, выпрямительные мосты, MOSFET-транзисторы, IGBT-транзисторы, синхронные выпрямительные приборы, приборы на основе SiC и GaN и др. Занимая площадь в 240 000 квадратных метров, компания имеет уставной капитал в 350 миллионов юаней и общий объем инвестиций более 1.5 миллиарда юаней.

Компания располагает 45 линиями по производству корпусов и 6 опытными производственными линиями, а также построила независимый цех по интеллектуальному дискретному производству управляемых полупроводниковых устройств. Ежегодно она производит и продает 20 миллиардов различных силовых полупроводниковых устройств. Это крупнейший в Китае комплексный поставщик силовых полупроводниковых устройств для систем электропитания.

Применение схемы выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности (PFC) для быстрой зарядки мощными устройствами PD.Компания Pingwei выпустила диод из карбида кремния PASC0665GG.Обладает характеристиками нулевого обратного/прямого восстановления, отличается высокой эффективностью работы, чрезвычайно высокой скоростью переключения и не зависит от температуры.

4. Корпус для быстрой зарядки из карбида кремния

Благодаря своим уникальным свойствам карбид кремния начал зарекомендовать себя как мощный и высокоплотный источник быстрой зарядки и пользуется предпочтением у многих компаний, производящих устройства быстрой зарядки. Из предыдущих разборок устройств Charging Head Network стало известно, что в настоящее время существует множество подобных устройств.Быстрая зарядка Baseus 120 Вт,Быстрая зарядка MOMAX 100 Вт,также как иБыстрая зарядка REMAX 100 ВтКомпания первой внедрила технологию на основе карбида кремния, что позволило достичь более высокой удельной мощности в производимой продукции.

1,Зарядное устройство Baseus 2C1A 120 Вт для GaN-транзисторов

25 февраля 2020 года компания Baseus выпустила первое в мире зарядное устройство на основе нитрида галлия и карбида кремния (GaN + SiC) и успешно собрала средства на Kickstarter. Это устройство обладает мощностью до 120 Вт и оснащено многопортовой конфигурацией выходов 2C1A. Нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC), используемые в зарядном устройстве Baseus Galio 120W, являются на сегодняшний день наиболее передовыми электронными полупроводниковыми материалами. Их высокочастотные характеристики обеспечивают преимущества в передаче высокого напряжения и больших токов, что позволяет достичь более высокой эффективности, меньшего тепловыделения и меньших размеров.

Известно, что в зарядном устройстве Baseus Galio 120W в схеме выпрямителя коррекции коэффициента мощности используется диод из карбида кремния от Alpha Power, модель изделия: ACD06PS065G; он работает в паре с силовым устройством наночастиц нитрида галлия, а активную коррекцию коэффициента мощности выполняет контроллер коррекции коэффициента мощности ON Semiconductor.

2,Быстрозарядное устройство MOMAX 100W 2A2C на основе нитрида галлия

Зарядное устройство Momis 100W 2A2C на основе нитрида галлия имеет квадратный и плоский корпус и оснащено складными контактами. Благодаря конструкции контактов, оно также поддерживает подключение контактов других спецификаций, что делает его портативным и подходящим для различных регионов. Зарядное устройство поддерживает протоколы быстрой зарядки QC, AFC, FCP, SCP, MTK PE+2.0, PD и PPS, а два типа интерфейсов разработаны для поддержки подключения вслепую, поэтому пользователям не нужно специально искать интерфейсы быстрой зарядки, что делает его простым в использовании. Интерфейс поддерживает быструю зарядку мощностью 100 Вт, 65 Вт + 30 Вт и Huawei 22.5 Вт, что делает его широко распространенным и очень практичным. В целом, изделие портативное и простое в использовании.

В зарядном устройстве MOMAX используются диод из карбида кремния Mipurson MSD06065V1, транзистор на основе нитрида галлия Innosec INN650D2 и контроллер PFC NXP для активной коррекции коэффициента мощности. Известно, что Mepsen MSD06065V1 представляет собой диод Шоттки из карбида кремния, устойчивый к напряжению 650 В, в корпусе TO252.

3,Быстрозарядное устройство REMAX 100 Вт 2A2C на основе нитрида галлия

Зарядное устройство REMAX 100W 2A2C на основе нитрида галлия имеет белый корпус с матовой поверхностью, что придает ему очень простой и лаконичный вид. Зарядное устройство оснащено четырьмя интерфейсами 2A2C и поддерживает различные распространенные протоколы быстрой зарядки. Порты USB-C и USB-A имеют максимальную выходную мощность 100 Вт и 30 Вт соответственно, а также поддерживают одновременную быструю зарядку нескольких портов, что позволяет удовлетворить потребности в зарядке ноутбуков, мобильных телефонов, планшетов, портативных источников питания и других устройств.

В ходе разборки зарядного устройства компания Charging Head Network выяснила, что оно имеет встроенную схему повышения коэффициента коррекции мощности (PFC) и использует высокопроизводительную архитектуру LLC+GaN. В части повышения PFC используется контроллер NXP, а для выпрямления выбраны диод из карбида кремния Mipusen MSD04065G1 и транзистор на основе нитрида галлия Innosec INN650D2. Mipusen MSD04065G1 — это диод Шоттки из карбида кремния, устойчивый к напряжению 650 В, в корпусе TO252.

Краткое описание сети зарядной головки

В традиционных источниках быстрой зарядки PD, особенно в 100-ваттных устройствах высокой мощности, эффективность всегда была актуальной проблемой для инженеров-энергетиков. Для обеспечения надежности большинства зарядных устройств приходилось жертвовать объемом и добавлять радиаторы большой площади. Это также делало устройство очень громоздким, а удобство использования оставляло желать лучшего; эта ситуация не улучшилась до официального коммерциализации полупроводников третьего поколения в потребительском сегменте электропитания.

Среди 100-ваттных устройств быстрой зарядки наилучшими партнерами являются карбид кремния и нитрид галлия. Они используются вместе для повышения коэффициента коррекции коэффициента мощности (PFC) и выпрямления на входе источника питания. По сравнению с традиционными кремниевыми устройствами, они не только позволяют повысить эффективность за счет достижения эффекта полюсного силуэта, но и благодаря своим высокочастотным характеристикам позволяют уменьшить объем повышающего индуктора, тем самым повышая общую удельную мощность устройства.

По мере роста числа мощных устройств рыночный спрос на малогабаритные, мощные многопортовые устройства быстрой зарядки также усиливается. С одной стороны, это способствует развитию архитектуры питания от традиционных QR-зарядных устройств к более современным.Высокоэффективный PFC+LLCС другой стороны, эта трансформация также усилила зависимость источников быстрой зарядки от полупроводников третьего поколения. Карбид кремния имеет более широкие перспективы применения в области источников питания для бытовых нужд.

Карбид кремния, как важная отрасль полупроводников третьего поколения, уже давно запущен в производство многими производителями. На этот раз включение полупроводников третьего поколения в 14-й пятилетний план страны стало редкой возможностью для развития карбида кремния.

Предупреждение: Данная статья воспроизведена из издания "Charging Head", которое поддерживает защиту прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, укажите первоисточник и автора перепечатки. В случае обнаружения каких-либо нарушений, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.