電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李誠）隨著智能手機的快速發(fā)展，手機續(xù)航和充電體驗成為了手機廠商和消費者首要關注的問題。在手機充電領域中氮化鎵的應用最為廣泛，也是被消費者最為熟知的一種產品。其實碳化硅快充設備也是有的，只不過大多分布在汽車電子和工業(yè)領域，再加上設計成本以及多方面的因素所制約，導致碳化硅在消費類的應用中的普及率不及氮化鎵。

碳化硅與氮化鎵一樣，同屬于第三代化合物，是大功率設備的關鍵性材料。碳化硅材料具有禁帶寬度大、導通電阻低、開關頻率高等電氣特性。

在大功率設備中碳化硅禁帶寬度大的特性能夠承受住更高的電壓和溫度，這也就意味著碳化硅能夠比硅基材料承受住更高的功率；在導通電阻方面，碳化硅的導通電阻也比硅基材料更低，可以有效降低設備在運行過程中出現(xiàn)過熱的情況，避免功率損耗過高，提高電能利用率；在開關頻率方面，碳化硅與氮化鎵的開關頻率都相對較高，在充電器設計中，開關頻率的大小與變壓器的體積是相互掛鉤的，較高的開關頻率可使得變壓器的線圈匝數(shù)、橫截面積盡可能地做到小型化，這也是為什么氮化鎵被大功率快充廣泛使用的原因之一。

新春首秀，派恩杰碳化硅65W PD快充方案

2月7日，專注于碳化硅與氮化鎵功率器件設計及方案的國產廠商派恩杰推出了新一代基于碳化硅應用的65W PD快充解決方案，也是派恩杰首次將碳化硅技術成功導入消費類快充解決方案中。

上圖為派恩杰65W PD快充方案的Demo，在該設計方案中主要采用了派恩杰的碳化硅MOSFET P3M06300D8作為功率開關管提升系統(tǒng)的整體效率。

P3M06300D8是一款耐壓值為650V N溝道的增強型SiC MOSFET，該MOSFET具有高頻、低導通電阻、小柵極電荷的電氣特性。導通電阻為300mΩ，柵極電荷為2.75nC，在場效應管中柵極電荷的值對元器件的開關性能具有較大的影響。舉個例子，當電流為100mA時，柵極電荷為100nC的MOSFET充滿或放盡所需的時間為1us，柵極電荷為20nC的MOSFET所需時間為200ns。這也就意味著P3M06300D8能夠在27.5ns內完成一次導通或者關斷的操作，這也是該快充方案小型化的關鍵因數(shù)之一。

在該方案中初級側的控制器采用的是立锜科技（Richtek）的RT7790 PWM控制器對電路進行控制，并形成一個可編程的USB PD快充方案。RT7790 內部集成了雙向控制邏輯，可通過脈沖變壓器向次極端控制器發(fā)送零電壓開關的脈沖信號，也可以接收由次級端反饋回來的脈沖信號，零電壓開關的功能能夠給系統(tǒng)帶來更高轉換效率的同時，并降低MOSFET的發(fā)熱量。在該方案中，RT7790 PWM控制器可以直接對P3M06300D8 MOSFET進行驅動，無需在電路中進行額外的驅動設計，實現(xiàn)了簡化電路設計，加快終端產品上市的目的。

上圖為該65W PD快充方案在110Vac和220Vac兩種工作電壓上的效率變化曲線。通過觀察發(fā)現(xiàn)，該方案在工作電壓為110Vac時，系統(tǒng)效率均保持在91%以上。工作電壓為200Vac時，系統(tǒng)效率達到峰值，接近94%。

據(jù)悉，該方案結合了碳化硅在開關電源領域的各項優(yōu)勢，Demo的功率密度達到了1.98W/cm³，與其他基于氮化鎵快充方案的1.1~1.3W/cm³相比高出了不少。

值得一提的是，派恩杰在這款碳化硅MOSFET上進行了多方面的優(yōu)化，并將產品的售價控制到了與120mohm~140mohm的硅基MOSFET相近的價格。畢竟碳化硅之所以在消費類產品中未能快速普及的原因之一就是成本的問題，該方案的推出有望加速碳化硅在消費類市場的滲透。


首款引入碳化硅技術的倍思120W快充

談到碳化硅在快充領域的應用，不得不提一下倍思這一終端廠商在該領域的成就，2020年，倍思就已經(jīng)成功將碳化硅技術導入到快充應用中，并首發(fā)了氮化鎵+碳化硅的120W快充充電器。

倍思此前發(fā)布的這款120W快充充電器結合了碳化硅與氮化鎵在電力電子領域的優(yōu)勢，成功地將充電器的發(fā)熱量與體積降至較低的水平，并提高了系統(tǒng)的轉換效率。

該充電器采用了PFC+LLC的電源架構，PFC電路部分采用的是安森美的NCP1616A1 PFC控制器，PFC開關管采用的是納微的NV6127氮化鎵MOSFET，PFC升壓的整流電路采用的是Alpha power的碳化硅二極管ACD06PS065。半橋LLC電路由安森美的NCP13992 PWM控制器和納微的NV6115氮化鎵MOSFET構成。

經(jīng)測量，該充電器的長度為94.17mm，寬度為55.56毫米，厚度為30.11mm，體積約為150cm³，功率密度為0.76W/cm³，由于這是倍思的早期產品，所以在功率密度方面與現(xiàn)在的產品存在著些許差距，并且價格也相對較高。

結語

成本一直是碳化硅進入消費類市場的關鍵，如今派恩杰推出的這款低成本的碳化硅產品，有望成為碳化硅進軍消費類市場的敲門磚，加速碳化硅在消費類市場的普及，引領手機快充的發(fā)展潮流。