快充行业普及碳化硅
碳化硅是第三代宽禁带半导体材料，与硅（Si）相比，碳化硅的介电击穿强度更大、饱和电子漂移速度更快且热导率更高。因此，当用于半导体器件中时，碳化硅器件拥有高耐压、高速开关、低导通电阻、高效率等特性，有助于降低能耗和缩小系统尺寸。
目前碳化硅在电动汽车、逆变器、轨道交通、太阳能和风力发电上广泛应用。随着USB PD快充技术的普及和氮化镓技术的成熟，大功率快充电源市场逐渐兴起，碳化硅二极管也开始在消费类电源市场中崭露头角，被部分100W大功率氮化镓快充产品选用。
在大功率快充电源产品中，碳化硅二极管搭配氮化镓功率器件，可以将PFC级的工作频率从不足100KHz提升到300KHz，由此减小升压电感体积，实现高功率密度的设计，同时产品的效率也达到了大幅提升，成为大功率电源产品的核心竞争力。因此，碳化硅在消费类电源领域的关注度越来越高。
今天这篇文章将围绕碳化硅在USB PD快充电源中的应用展开分享。
一、PFC电路在安规中的重要性
开关电源中，由于整流后采用大容量的滤波电容，呈现容性负载，而在电容充放电时会使电网中产生大量高次谐波，产生污染和干扰，人们开始在开关电源中引入PFC电路，功率在75W以上的开关电源强制要求加入PFC电路以提高功率因数，修正负载特性。
PFC分为被动式和主动式两种。被动式采用大电感串联补偿，主要缺点是体积大，且效率低。随着近年来半导体器件迅猛发展，被动式PFC被主动式PFC全面取代。主动式PFC采用PFC控制器、开关管、电感和二极管组成升压电路，具有体积小，输入电压范围宽，功率因数补偿效果好的优点。
主动式PFC通过控制器驱动开关管升压、二极管整流为主电容充电，根据电压电流之间的相位差进行功率因素补偿。
二、碳化硅应用于PFC电路优势
随着业界对电源功率密度的追求，以及氮化镓功率器件的普及，主动式PFC需要提高工作频率来减小磁芯体积，此时常规快恢复二极管的性能已经不能满足高频下整流需求，这为碳化硅二极管在PFC上的应用创造有利条件。
安森美基于Si的超高速二极管。
Alpha Power基于碳化硅的二极管。
SiC二极管相对于Si二极管有如下的优点：
没有反向恢复电流，反向恢复时间极短，应用中没有反向恢复尖峰，在CCM模式下具有很强的优势，硅二极管反向恢复电流的峰值相当可观，有的甚至会数倍于正向电流，这不但会增加二极管的损耗，也会引起较大的EMT（电磁干扰）。
当频率升高时，关断和导通频繁，损耗就更加严重，如果二极管反向恢复时间过长，而频率过高的话，反向恢复阶段还没结束，下一个脉冲又到来，则二极管在正、反向都可导通，失去了二极管最基本的特性，起不到开关作用。二极管完全无法工作。
所以二极管反向恢复电流和恢复时间的存在会限制开关电源的开关频率，无法进一步小型化。高频整流电路中要选择反向恢复电流较小、反向恢复时间较小的整流二极管。另外反向恢复电流在CCM电流连续模式下，会对开关管造成很大的威胁。反向恢复的电压会反射到开关管上，使开关管的应力增加，损耗增大。
SiC的临界击穿场强是Si的10倍左右，这意味着SiC具有更高的电压耐受，耐压等级可达到3300V以上，适用的场合更广泛，在相同功率下SiC的尺寸可以做到更小。另外器件的导通电阻更小，高压损耗低。
SiC二极管的禁带宽度是硅管的三倍，有更高工作温度，硅管在150～175℃之后，可靠性和性能指标明显下降。而且SiC二极管的性能基本不受结温的影响，最高工作温度175℃ 依旧可以可靠运行。
碳化硅材料导热率高，是硅的3倍，导热率高，器件热传导能力越强，温升就会小，寿命更长。一减少散热介质的体积，简化冷却系统的设计和成本。二可以工作在更高的环境温度下，稳定性更高，维护成本降低。三相同尺寸的器件功率密度会更高。
SiC电子饱和漂移速度是硅的2倍，同时没有反向恢复电流的优点，决定了SiC二极管可以工作在更高的工作频率。整个系统的体积，成本会随着开关频率的的提高而减小。
SiC材料抗辐射能力高，抗中子辐射能力至少是硅的四倍，适用于特殊场合的产品中。
三、有哪些大功率快充导入了碳化硅
碳化硅凭借其独特的属性，已经开始在大功率、高密度快充电源中崭露头角，获得众多电源工厂青睐。充电头网通过往期的拆解了解到，目前已有倍思120W快充、MOMAX 100W 快充，以及REMAX 100W快充内置了碳化硅，从而实现了更高的功率密度。
1、Baseus倍思2C1A 120W氮化镓充电器
2020年2月25日，倍思推出全球第一款氮化镓+碳化硅 (GaN+SiC) 充电器，并在kickstarter众筹成功。该产品功率高达120W，并且同样搭配2C1A多口输出配置。倍思Galio 120W充电器中使用的氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）是目前最为先进的电子半导体材料，它们具有高频率特性在高电压大电流传输方面具有优势，这意味着可以达到更高的效率，更低的发热量和更小的体积。
据了解，倍思Galio 120W充电器在PFC整流电路中采用了一颗来自Alpha Power的碳化硅二极管，产品型号：ACD06PS065G；搭配纳微氮化镓功率器件，由安森美PFC控制器进行主动式功率因数校正。
2、MOMAX摩米士100W 2A2C氮化镓快充充电器
摩米士100W 2A2C氮化镓充电器机身方正扁平，配备可折叠插脚，而且从插脚设计来看，还支持组装其它规格插脚，便携且适用于各个地区。充电器支持QC、AFC、FCP、SCP、MTK PE+2.0、PD和PPS快充协议，并将两类接口设计成支持盲插使用，用户无需刻意寻找快充接口，使用方便。接口支持100W、65W+30W、华为22.5W快充，支持广泛，实用性强。整个产品集便携、易用于一身。
MOMAX这款充电器采用美浦森MSD06065V1碳化硅二极管配合英诺赛科INN650D2氮化镓开关管以及恩智浦PFC控制器进行主动功率因数校正。据了解，美浦森MSD06065V1是一颗650V耐压的碳化硅肖特基二极管，TO252封装。
3、REMAX睿量100W 2A2C氮化镓快充充电器
REMAX 100W 2A2C氮化镓充电器采用白色机身壳，表面哑光处理，整体看去非常简洁。充电器配有2A2C共4个接口，支持多种常见快充协议，USB-C口和USB-A口分别具备单口最大100W和30W输出，并支持多口同时快充，可以满足笔记本电脑、手机、平板、移动电源等多种设别的充电需求。
通过拆解了解到，这款充电器内置PFC升压电路，采用LLC+GaN高性能架构。PFC升压部分采用恩智浦控制器，并选择美浦森MSD04065G1碳化硅二极管以及英诺赛科INN650D2氮化镓开关管进行整流。美浦森MSD04065G1是一颗650V耐压的碳化硅肖特基二极管，TO252封装。
