碳化硅（SiC）是碳和硅的化合物，碳化硅單晶材料采用物理氣相輸運(yùn)（PVT）法，在超過2000℃的高溫下，將碳粉和硅粉通過高溫分解成原子，通過溫度控制沉積在碳化硅籽晶上形成碳化硅晶體。

碳化硅器件擁有高耐壓、高速開關(guān)、低導(dǎo)通電阻、高效率等特性，有助于降低能耗和縮小系統(tǒng)尺寸。

一、PFC電路在安規(guī)中的重要性

開關(guān)電源，由于整流后采用大容量的濾波電容，呈現(xiàn)容性負(fù)載，而在電容充放電時(shí)會(huì)使電網(wǎng)中產(chǎn)生大量高次諧波，產(chǎn)生污染和干擾，人們開始在開關(guān)電源中引入PFC電路，功率在75W以上的開關(guān)電源強(qiáng)制要求加入PFC電路以提高功率因數(shù)，修正負(fù)載特性。

PFC分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種。被動(dòng)式采用大電感串聯(lián)補(bǔ)償，主要缺點(diǎn)是體積大，且效率低。隨著近年來半導(dǎo)體器件迅猛發(fā)展，被動(dòng)式PFC被主動(dòng)式PFC全面取代。主動(dòng)式PFC采用PFC控制器、開關(guān)管、電感和二極管組成升壓電路，具有體積小，輸入電壓范圍寬，功率因數(shù)補(bǔ)償效果好的優(yōu)點(diǎn)。

主動(dòng)式PFC通過控制器驅(qū)動(dòng)開關(guān)管升壓、二極管整流為主電容充電，根據(jù)電壓電流之間的相位差進(jìn)行功率因素補(bǔ)償。

二、碳化硅應(yīng)用于PFC電路優(yōu)勢

隨著業(yè)界對電源功率密度的追求，以及氮化鎵功率器件的普及，主動(dòng)式PFC需要提高工作頻率來減小磁芯體積，此時(shí)常規(guī)快恢復(fù)二極管的性能已經(jīng)不能滿足高頻下整流需求，這為碳化硅二極管在PFC上的應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。

碳化硅二極管相對于硅二極管有如下的優(yōu)點(diǎn)：

沒有反向恢復(fù)電流，反向恢復(fù)時(shí)間極短，應(yīng)用中沒有反向恢復(fù)尖峰，在CCM模式下具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，硅二極管反向恢復(fù)電流的峰值相當(dāng)可觀，有的甚至?xí)?shù)倍于正向電流，這不但會(huì)增加二極管的損耗，也會(huì)引起較大的EMT（電磁干擾）。所以二極管反向恢復(fù)電流和恢復(fù)時(shí)間的存在會(huì)限制開關(guān)電源的開關(guān)頻率，無法進(jìn)一步小型化。高頻整流電路中要選擇反向恢復(fù)電流較小、反向恢復(fù)時(shí)間較小的整流二極管。另外反向恢復(fù)電流在CCM電流連續(xù)模式下，會(huì)對開關(guān)管造成很大的威脅。反向恢復(fù)的電壓會(huì)反射到開關(guān)管上，使開關(guān)管的應(yīng)力增加，損耗增大。

在相同功率下SiC的尺寸可以做到更小。另外器件的導(dǎo)通電阻更小，高壓損耗低。SiC二極管的性能基本不受結(jié)溫的影響，最高工作溫度175℃ 依舊可以可靠運(yùn)行。

應(yīng)用案例：

泰科天潤半導(dǎo)體科技（北京）有限公司是中國碳化硅（SiC）功率器件產(chǎn)業(yè)化的倡導(dǎo)者之一。泰科天潤致力于中國半導(dǎo)體功率器件制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并向全球功率器件消費(fèi)者提供優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)品和專業(yè)服務(wù)。

泰科天潤在北京擁有一座完整的半導(dǎo)體工藝晶圓廠，可在4/6英寸SiC晶圓上實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體功率器件的制造工藝。作為國內(nèi)碳化硅研發(fā)生產(chǎn)和平臺(tái)服務(wù)型公司，泰科天潤的產(chǎn)品線涉及基礎(chǔ)核心技術(shù)產(chǎn)品、碳化硅成型產(chǎn)品以及多套行業(yè)解決方案。目前泰科天潤的碳化硅器件650V/2A-100A、1200V/2A-50A、1700V/5A -50A、3300V/0.6A-50A等系列的產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量完全可以比肩國際同行業(yè)的先進(jìn)水平。泰科天潤通過與產(chǎn)業(yè)同行、科研院所、國內(nèi)外專家共同探索與開發(fā)，正在將SiC功率器件推廣到更多更廣的應(yīng)用領(lǐng)域。

概括：

碳化硅二極管（Silicon Carbide Diodes）作為大功率電源產(chǎn)品的核心競爭力有以下幾個(gè)方面：

1. 高溫性能：碳化硅材料具有優(yōu)異的高溫性能，可在高溫環(huán)境下工作，通?？赡褪芨哌_(dá)200度以上的工作溫度。相比之下，傳統(tǒng)的硅二極管在高溫下容易失效。這使得碳化硅二極管非常適用于高溫應(yīng)用領(lǐng)域，例如電力電子設(shè)備、汽車電子等，提高了產(chǎn)品的可靠性和壽命。

   
   

2. 低功耗：碳化硅二極管具有較低的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。開關(guān)損耗是指在開關(guān)過程中產(chǎn)生的能量損失，導(dǎo)通損耗是指在導(dǎo)通狀態(tài)下產(chǎn)生的能量損失。碳化硅二極管的低功耗特性使得它在高頻率開關(guān)電源和逆變器應(yīng)用中表現(xiàn)出色，能夠提供更高的效率和能源利用率。

   
   

3. 高開關(guān)速度：碳化硅二極管具有快速的開關(guān)速度，能夠在納秒級(jí)別實(shí)現(xiàn)開關(guān)操作。這意味著它可以迅速響應(yīng)高頻率的電源需求，提供更穩(wěn)定的電壓輸出和電流傳輸。高開關(guān)速度也有助于減少開關(guān)過程中的功耗和熱損失。

   
   

4. 低導(dǎo)通壓降：碳化硅二極管具有較低的導(dǎo)通壓降（Forward Voltage Drop），即在導(dǎo)通狀態(tài)下的電壓降低。這意味著更小的能量損失和更高的效率。低導(dǎo)通壓降還能減少電源系統(tǒng)中的熱量產(chǎn)生，提高整體能源利用效率。

綜上所述，碳化硅二極管以其高溫性能、低功耗、高開關(guān)速度和低導(dǎo)通壓降等特點(diǎn)，成為大功率電源產(chǎn)品的核心競爭力。它可以提供更可靠、高效和穩(wěn)定的電源解決方案，適用于各種領(lǐng)域的高性能電子設(shè)備。