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【电子书】新電子科技雜誌 08月號/2019 第401期
       
 
ISBN: E220113600000101
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作者: 新電子編輯部
出版社: 新電子
出版日期: 2019-08-02
 
 
 
       
     
  寬能隙材料來勢洶洶  SiC/GaN各有市場定位

碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)是近年來最受矚目的化合物半導體新秀,除了應用在無線通訊之外,這兩種寬能隙材料在功率半導體領域,也有很大的發展潛力。相較於以矽為基礎的超接面場效電晶體(Super Junction MOSFET)或絕緣柵雙極電晶體(IGBT),GaN跟SiC最大的優勢在於可以實現更高的開關頻率、耐受電壓也更高,使電源系統的效率得以明顯提升。

另一方面,隨著電動車、電池儲能系統兩大應用展現出雄厚的市場潛力,雙向電力傳送又是車載充電器、充電樁與儲能電池轉換器必備的基本功能,這將使圖騰柱功率因素校正(Totem Pole PFC)拓撲成為車廠、Tier 1、充電設備商與儲能設備商在開發相關產品時的最佳選擇。而圖騰柱拓撲的流行,將會為GaN跟SiC功率元件搭起全新的舞台,因為現有的矽功率元件不適合

用來實現圖騰柱拓撲。
電動車/綠能雙箭頭帶動  SiC搶攻高電壓市場
羅姆半導體(Rohm)設計中心副理唐仲亨(圖1)分析,就市場應用面來看,電動車的車載充電器、為電動車供電的充電樁,以及搭配太陽能、風力發電系統所使用的大型儲能系統,會是寬能隙功率元件最具主場優勢的應用。因為這類應用需要具備雙向電力傳送的能力,因此不管是車載充電系統、充電樁或儲能系統的轉換器,都需要採用圖騰柱拓撲。然而,圖騰柱拓撲需要使用兩個體二極體作為高頻整流開關,除了驅動控制較為複雜,如果使用傳統矽二極體,因為其恢復時間較慢,電流倒灌所引發的損耗大,會嚴重降低電源轉換的效率;如果採用IGBT,雖然其恢復時間夠快,但IGBT的導通壓降比較大,也會產生很高的效率損失。

因此,如果電源設計者想實現圖騰柱拓撲,最理想的選擇將是GaN或SiC。不過,如果是充電樁或大型儲能系統,甚至軌道運輸這類應用,因為其功率需求都非常高,在此前提下,SiC會是比GaN更合適的選擇。目前已經商品化的GaN FET,耐受電壓通常為600V或650V,但SiC則是1,200V起跳,未來更會一路向上發展到3,300V。在需要超大功率傳輸的應用上,SiC具備先天優勢。


※新電子科技雜誌簡介
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