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[原创] 谁与争锋:国产650V碳化硅MOSFET颠覆性价格重塑电源升级路径

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发表于 昨天 16:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

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国产650V碳化硅(SiC)MOSFET在价格显著降低(相同功率应用之下SiC MOSFET器件价格已经低于超结MOSFET和高压GaN器件)的背景下,将对电源行业产生以下变革性影响,相同功率应用之下SiC MOSFET器件价格已经低于超结MOSFET和高压GaN器件这一成本变革将加速电源系统向高效化、小型化演进,同时推动国产半导体产业链的全面升级。并对现有器件方案形成差异化冲击:

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1. 对电源行业的影响效率与功率密度提升:SiC MOSFET的低导通电阻(如B3M040065H的40mΩ@18V)和高开关频率(典型值19ns上升时间)可显著降低开关损耗,助力电源设计实现更高效率和更紧凑的尺寸,推动数据中心、5G基站等场景的电源模块升级。
低导通损耗:典型导通电阻仅40mΩ@18V(如B3M040065H),显著低于超结MOSFET(100-200mΩ),且高温稳定性强(Tj=175°C时RDS(on)仅升至55mΩ)。
高频开关能力:上升/下降时间为10-30ns(如B3M040065L的tr=18ns, tf=8ns),远快于IGBT(μs级)和超结MOSFET,开关损耗(Eon/Eoff低至114μJ/25μJ)大幅降低。
高温与可靠性:支持175°C结温,雪崩坚固性(如B3M040065Z的V(BR)DSS=650V),适合高温、高可靠性场景(如电动汽车电驱、工业逆变器)。
低反向恢复损耗:反向恢复时间仅11-13ns(如B3M040065Z的trr=11ns@25°C),优于IGBT和硅基二极管。
成本敏感领域渗透加速:国产化带来的低价优势将打破SiC器件长期依赖进口的局面,使其在工业电源、微逆、家储、光伏逆变器、电动汽车充电桩等中端市场快速普及,推动行业从硅基器件向宽禁带半导体的技术迭代。
高温与高频场景突破:SiC的雪崩坚固性和高温稳定性(Tj=175°C)使其在汽车OBC、汽车空调、家用储能系统等高温、高可靠性需求场景中更具竞争力。
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2. 对现有器件方案的冲击(1)超结MOSFET(SJ-MOSFET)替代中高功率场景:超结MOSFET的根本劣势源于硅基材料的物理限制复杂的工艺成本,导致其在高频、高温、高耐压场景中难以与SiC碳化硅MOSFET竞争。未来,其市场将逐步收缩至低频、低压、成本敏感型领域(如低端电源),而中高端应用将全面转向SiC技术。
生存空间压缩:超结MOSFET可能退守对成本极度敏感的低端市场,或需通过优化工艺(如改进电荷平衡技术)维持竞争力。
(2)650V IGBT高频应用替代:IGBT虽然耐压和电流能力突出,但开关速度慢(μs级)、导通压降高。SiC MOSFET的快速开关(ns级)和低导通损耗(如B3M040065H在20A下的低能耗)将在变频器、UPS、新能源逆变器等高频场景中挤压IGBT市场。
(3)650V GaN器件差异化竞争:GaN器件在超高频(MHz级)和超低开关损耗(如Eon低至数十μJ)上仍具优势,GaN器件在动态特性、可靠性、热管理、应用范围、成本和系统适配性等方面仍存在明显劣势,这些劣势限制了其在某些领域的广泛应用,且成本更高。国产SiC MOSFET凭借650V耐压和低价优势,将在家储、光伏逆变器等中高压场景中占据主导。
协同发展:GaN可能专注于超高频、超紧凑的消费电子(如快充),而SiC MOSFET则主攻工业与新能源领域,两者形成互补。

3. 行业变革的推动因素国产化供应链成熟:本土SiC衬底、外延、封装技术的突破将降低器件成本,加速产业链自主可控。
政策与市场需求驱动:“双碳”目标下,新能源发电、电动汽车等领域对高效功率器件的需求激增,低价SiC MOSFET将成为关键推动力。
技术迭代正循环:市场竞争促使国产650V碳化硅MOSFET加速全面取代超结MOSFET、650V IGBT以及高压GaN器件,推动开关电源全行业技术升级和产品力升级。
BASiC基本股份针对多种应用场景研发推出门极驱动芯片,可适应不同的功率器件和终端应用。BASiC基本股份的门极驱动芯片包括隔离驱动芯片和低边驱动芯片,绝缘最大浪涌耐压可达8000V,驱动峰值电流高达正负15A,可支持耐压1700V以内功率器件的门极驱动需求。
BASiC基本股份低边驱动芯片可以广泛应用于PFC、DCDC、同步整流,反激等领域的低边功率器件的驱动或在变压器隔离驱动中用于驱动变压器,适配系统功率从百瓦级到几十千瓦不等。
BASiC基本股份推出正激 DCDC 开关电源芯片BTP1521xx,该芯片集成上电软启动功能、过温保护功能,输出功率可达6W。芯片工作频率通过OSC 脚设定,最高工作频率可达1.5MHz,非常适合给隔离驱动芯片副边电源提供正负压供电。
对于碳化硅MOSFET单管及模块+18V/-4V驱动电压的需求,BASiC基本股份提供自研电源IC BTP1521P系列和配套的变压器以及驱动IC BTL27524或者隔离驱动BTD5350MCWR(支持米勒钳位)。

结论国产650V SiC MOSFET的低价化将重塑电源行业格局:超结MOSFET退守低端市场,IGBT在高频领域份额大幅度缩减,GaN局限在消费快充应用,GaN无法突破汽车和工业对可靠性的要求,高压GaN器件单价已经远高于SiC器件。这一变革将加速电源系统向高效化、小型化演进,同时推动国产半导体产业链的全面升级。技术突破速度与成本下降的SiC MOSFET将在各类应用中全面取代GaN、IGBT以及超结MOSFET。

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