隨著數(shù)據(jù)中心、電動汽車 (EV)、儲能系統(tǒng) (ESS)、不間斷電源 (UPS) 和便攜式電源市場需求的不斷增加，對于更高效率電源解決方案的要求也在不斷提高。
由美國聯(lián)邦政府支持的能源之星ENERGY STAR? 計劃，提供一種簡單而公正的方法來評估多種電氣產(chǎn)品的能效，包括計算機、數(shù)據(jù)中心設備、電器、辦公設備、供暖和制冷以及許多建筑產(chǎn)品。多家《財富》500 強公司遵循美國環(huán)境保護署 (EPA) 的準則生產(chǎn)高能效產(chǎn)品，以改善環(huán)境，包括空氣質(zhì)量等。據(jù)估計，僅 2017 年一年，經(jīng)能源之星 ENERGY STAR 認證的產(chǎn)品就節(jié)約了超過 300 億美元。
與此同時，最初的 80 PLUS? 計劃促進了計算機電源實現(xiàn)至少 80% 的效率。那么，低效率的電源又會帶來什么呢？浪費的能量將轉化為熱量。為了滿足數(shù)量不斷增長的數(shù)據(jù)中心的需求，繼80 PLUS之后又推出了 80 PLUS Titanium標準，要求電源實現(xiàn)高達 96% 的效率。由于其高效率要求，80 PLUS Titanium標準成為該計劃最難獲得認證的標準。
許多電源制造商快速推進，以期滿足這些要求，從而保持競爭力。要實現(xiàn)提高效率、減少開關損耗并縮小整體尺寸的目標，則需要攻克很多設計難題。
設計需要進行哪些權衡，如何實現(xiàn)優(yōu)化？
設計挑戰(zhàn)
設計在400V 范圍內(nèi)高效率AC/DC電源的目標包括：
滿足能源標準的明確途徑
實現(xiàn)緊湊尺寸
降低總體成本
實現(xiàn)高效熱管理
盡可能降低電磁干擾
這些高大上的目標說起來容易做起來難。而若要滿足能源之星 ENERGY STAR 和 80 PLUS Titanium 等能源標準，則更具挑戰(zhàn)性。
沒有可達到 100% 效率的電源設計。如今，大多數(shù)開關電源可實現(xiàn)約 94% 至 95% 的效率，剩下的 5% 則轉化為熱量形式的損耗。據(jù)估計，效率提高 1% 等于散熱減少 10%。這意味著高效率電源將只需要較小的散熱器和較小的組件，例如電磁線圈和電容器。因此整體產(chǎn)品尺寸也將更小。更重要的是，總系統(tǒng)成本也會降低。那么，制造商們該如何突破效率屏障呢？
突破效率屏障
Wolfspeed 先前推出了第六代肖特基二極管，實現(xiàn)更高水平的系統(tǒng)效率，從而確立了其在 650V 碳化硅 (SiC) 領域的技術領先地位。Wolfspeed 這次推出了第三代 15-mΩ 和 60-mΩ（25°C 條件下的導通電阻RDS(on)）650V MOSFET 以繼續(xù)保持領先地位。新款產(chǎn)品進一步利用了碳化硅的優(yōu)勢，可降低開關損耗，提高功率效率和功率密度。
新款器件 C3M0015065D、C3M0015065K、C3M0060065D、C3M0060065J 和 C3M0060065K 符合在–40°C 至 175°C 溫度范圍內(nèi)運行的要求，并提供通孔型（TO-247-3、TO-247-4）和表面貼裝（TO-263-7）封裝。
降低損耗的一個關鍵參數(shù)是低導通電阻。電阻越高，則導通損耗和以熱量形式的能量浪費就會越多。Wolfspeed 新型 MOSFET 采用分立封裝，在整個工作溫度范圍內(nèi)，提供業(yè)內(nèi)最低的導通電阻。其中 60-mΩ MOSFET 的額定 RDS(on) 在 175°C 時僅為 79 mΩ，可實現(xiàn)99%功率效率。
新款器件同時擁有超低反向恢復電荷 (Qrr)，其中60-mΩ MOSFET 的反向恢復電荷 (Qrr) 僅為 62 nC。與采用硅基的硬開關應用相比，將顯著降低開關損耗。這又將實現(xiàn)更高的開關頻率，從而減小系統(tǒng)中的變壓器、電感器、電容器和其他被動元件的尺寸和重量。
為了減少寄生電容增加開關頻率也會增加開關損耗的擔憂，Wolfspeed 實現(xiàn)了低很多的器件寄生電容，其中 60-mΩ 型號的小信號輸出電容 Coss 僅為 80 pF，而 15-mΩ 型號的僅為 289 pF。
連鎖效應
效率的提升，將如何影響電源單元 PSU 的電路設計和物料清單 BOM 成本：
更有效的熱管理將可以帶來更小尺寸的散熱器，從而減小電源單元 PSU 的重量和尺寸。
可以采用更小尺寸和更少數(shù)量的元件，從而降低電源單元 PSU 的物料清單 BOM 成本。
高功率效率助力滿足電源單元 PSU 的行業(yè)標準（能源之星 ENERGY STAR 和 80 PLUS Titanium）。
降低整個電源單元 PSU 的系統(tǒng)成本，更輕松地實現(xiàn)利潤目標。
更高的功率效率將如何減少所使用元件的尺寸和數(shù)量。較高的頻率值等于 L 和 C 的較小值，即較小的電磁線圈和電容器。更高的功率效率（近 99%）有助于電源單元 PSU 達到 80 PLUS Titanium標準的要求，從而使得整個數(shù)據(jù)中心的總體擁有成本更低。
如何疊加Wolfspeed C3M SiC 650V MOSFET 系列優(yōu)勢？
與業(yè)內(nèi) 650V 硅基 MOSFET 相比，Wolfspeed 可使得導通損耗降低達 50%，開關損耗降低達 75%，并且體二極管中的反向恢復電荷幾乎為零。
與硅基氮化鎵 (GaN) 高電子遷移率晶體管 (HEMT) 相比，Wolfspeed 可以降低50%以上導通損耗，并且碳化硅 MOSFET 技術具有更高的現(xiàn)場驗證可靠性。
最后，與其他碳化硅 (SiC) MOSFET 解決方案相比，Wolfspeed 在 650V 碳化硅 (SiC) MOSFET 類別中具有業(yè)內(nèi)最低的導通電阻，并且在溫度范圍內(nèi)的導通電阻變化最小，從而進一步簡化了系統(tǒng)的熱管理。
獲取參考設計支持
Wolfspeed 為器件產(chǎn)品提供廣泛的支持，其中包括參考設計。新款 MOSFET 也不例外。對于上面所討論的數(shù)據(jù)中心服務器電源應用，公司的全球應用工程團隊開發(fā)了 2.2 kW AC/DC PFC參考設計，在圖騰柱拓撲中采用C3M0060065K 60mW MOSFET。而這是硅基方案在不權衡妥協(xié)其復雜性和元件數(shù)量的前提下所無法實現(xiàn)的。
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關于科銳
科銳是Wolfspeed功率和射頻（RF）半導體、照明級LED的創(chuàng)新者。科銳Wolfspeed產(chǎn)品組合包括了碳化硅（SiC）材料、功率器件、射頻器件，廣泛應用于電動汽車（EV）、快速充電、逆變器、電源、電信、軍事、航空航天等領域。科銳LED產(chǎn)品組合包括了藍光和綠光LED芯片、高亮度LED和照明級大功率LED，廣泛應用于室內(nèi)和戶外照明、顯示屏、交通、特種照明等領域。更多關于產(chǎn)品和公司信息，敬請瀏覽：www.cree.com。
