在众多领域,如电机驱动、电动汽车、快速充电器以及可再生能源系统中,低功耗辅助电源虽常被忽视,但却是保障系统高效运行的关键。设计人员在提高系统可靠性、减小系统尺寸、缩减成本、降低风险以及支持多源采购等方面,面临着诸多相互矛盾的挑战。

Wolfspeed 推出了工业级 C3M0900170x 和获得车规级 (AEC - Q101) 的 E3M0900170x 碳化硅 MOSFET 产品系列,能在 20 至 200 W 范围内增强辅助电源的设计能力。随着可再生能源、工业电机控制和车辆电气化等市场的快速发展,这些电源的重要性日益凸显。该产品系列依托 Wolfspeed 可靠的第三代碳化硅技术,在行业领先的 200 mm 制造工厂制造,让工程师在设计低功耗辅助电源系统时,有了新的解决方案。
除了常见的 TO - 247 - 3 (D) 和 TO - 263 - 7 (J) 封装,Wolfspeed 还新增了适用于工业应用的全模塑封装 TO - 3PF (M)。这种封装避免使用绝缘热界面材料,降低了组装成本和出错风险。同时,它将引脚间爬电距离增加到 4.85 mm,并避免了外露的漏极板,提高了产品在恶劣环境下的稳定性。
在性能方面,与先前的 C2M 1700 V 系列和竞品相比,Wolfspeed 的 C3M 和 E3M SiC MOSFET 技术有显著提升。新的 C3M / E3M 系列中,栅极电荷从 C2M 等效器件的 22 nC 降至 10 nC,减少了栅极驱动的功率需求,简化了反激式电源的启动操作。输出电容也有所降低,Eoss 降低 30%,减少了开关损耗。
而且,Wolfspeed 新系列 900 mΩ 碳化硅 MOSFET 具有即插即用的优势。在大多数现有低功耗辅助电源设计中,无需大量重新设计,TO - 247 - 3(通孔封装)和 TO - 263 - 7(表面贴装)与市面上其他碳化硅和硅器件兼容,无需更改 PCB 布局或散热器附件。许多辅助电源有 12 - 15 V 输出,C3M / E3M 系列可直接利用此电压轨为反激式控制器和栅极供电,无需额外的辅助绕组或变压器分接头,而前几代和部分竞品需要 18 - 20 V 电压。此外,硅和碳化硅 MOSFET 竞品的栅极电压范围在 12 V 到 20 V 之间,增加了多源设计的难度。Wolfspeed C3M0900170x 系列可直接支持 12 - 18 VGS,通过优化内部栅极电阻,能在高达 22 VGS 的电路条件下工作。在栅极电压 > 18 V 的设计中,可用齐纳二极管将驱动电压降至 12 - 18 V 范围。
在系统设计上,高压 (1500 - 2000 V) 硅 MOSFET 虽可用于辅助电源系统,但 1 - 2 Ω 器件单位面积 RDS (ON) 较高,价格贵且损耗大。也可采用双开关反激式拓扑选择较低电压的硅器件,但设计复杂,需要更多组件和空间。而碳化硅 MOSFET 适合此类电压等级,能实现低 RDS (ON) 和低开关损耗,设计人员可采用单开关反激式拓扑,消除双开关设计的额外电路和复杂性。
在耐用性方面,C3M / E3M 系列额定工作结温为 - 55 °C 至 + 175 °C,适用于极端温度条件。C3M0900170D、C3M0900170J 和 E3M0900170D 均通过 THB - 80 (HV - H3TRB) 测试,即在 85% 湿度、85 °C 环境温度下施加 1360 V 阻断电压持续 1000 小时。同时,考虑到宇宙辐射引起的失效率(FIT),Wolfspeed C3M / E3M 系列通过改进器件设计和减小芯片尺寸,进一步降低了旧有 C2M 系列本已很低的失效率。与上一代相比,使用 Wolfspeed 第三代器件的典型 1200 V 母线电压反激电路在海平面连续运行 10 年后,失效率降低了 65%。