碳化硅还有另一个极具杀伤力的应用

为了满足“快速、小巧、轻薄”的手机快速充电器的需求，碳化硅功率器件最近又出现了一种新的杀手级应用。

在手机充电器等极其紧凑的应用中，PCB面积极其宝贵。超薄PD快充通常优先考虑厚度小于2mm的表面贴装器件。近日，本征半导体推出了采用SMBF封装的新型碳化硅肖特基二极管。此次本征半导体发布的SMBF封装碳化硅肖特基二极管最大的优势在于其“快速、小巧、轻薄”的特性。其长、宽、高分别为5.3mm*3.6mm*1.35mm，比SMB封装（厚度2.3mm）更薄，面积也小于DFN系列封装和TO-252封装。

图 1 用于手机充电器的超小型碳化硅器件

随着行业对功率密度的追求以及氮化镓功率器件的普及，有源功率因数校正（PFC）需要提高工作频率以减小核心体积。此时，传统频率响应二极管（FRD）的性能已无法满足高频整流的需求，这为碳化硅二极管在PFC中的应用创造了有利条件。

事实上，2020年，当大多数快充厂商还在探索65W氮化镓快充市场时，巴芯科技就推出了业界首款120W氮化镓+碳化硅快充充电器。正是这款产品首次将“碳化硅快充”从概念变为现实，开启了碳化硅在快充领域的商业化应用。

图 2 世界上第一个碳化硅充填器

随后，MOMAX 和 REMAX 等制造商跟进推出了各种基于碳化硅的 100 瓦大功率快速充电器，这也让越来越多的业内人士和消费者对碳化硅有了更深入的了解。

除了基础半导体器件外，我国碳化硅器件企业今年还在上海慕尼黑展览会上展出了三款基于碳化硅二极管的100瓦快充参考设计，涵盖了200W、120W和100W三个热门功率段。其中，200W和120W参考设计采用了PFC+LLC架构和多端口输出。目前市场上可用于大功率USB PD快充电源的碳化硅供应商包括Alpha Power Solutions、Maplesemi、SGKS、PY Pingwei等。

图3 泰科天润推出的碳化硅PD快充模块

作者认为，碳化硅技术的本质在于其高功率密度。它不仅在5G基站、新能源汽车、高速铁路、智能电网等高功率领域发展良好，而且在可穿戴设备、手机充电器、高端LED等低功率、低电压但同样需要高功率密度的领域也大有可为。

第三代半导体充电器市场规模庞大。

以手机充电器为例。为了满足用户对快速充电的需求，过去十年间充电器的输出功率提升了约十倍。同时，为了用户体验，充电器的尺寸和重量并没有大幅增加。

基本上延续上述需求趋势，假设到 2025 年全球手机销量达到 1.5 亿部，第三代半导体充电器的市场渗透率达到 25%，第三代半导体充电器的价格降至 80 元，那么第三代半导体充电器的市场规模将高达 30 亿元。

图 4 未来市场预测

数据来源：《2021年宽禁带半导体行业研究报告》

此外，除了手机充电器之外，第三代半导体器件在可穿戴设备、无人机和其他对轻便性有要求的日常电器（如手持式吸尘器、自平衡车辆等）领域也具有广阔的应用前景。

图 5 未来充电器发展趋势 来源：充电头网络

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