碳化硅进入消费市场，引领手机快速充电的新趋势

碳化硅在大功率设备中的大带宽可以承受更高的电压和温度，这意味着碳化硅可以承受比硅基材料更高的功率；派恩杰65WPD快速充电方案的Demo主要采用派恩杰碳化硅MOSFETP3M06300D8作为功率开关管，提高系统整体效率。

随着智能手机的快速发展，手机寿命和充电体验已成为手机制造商和消费者首要关注的问题。氮化镓被广泛应用于手机充电领域，也是消费者最知名的产品。事实上，碳化硅快速充电设备也有一些，但大多分布在汽车电子和工业领域，加上设计成本和各种因素，导致碳化硅在消费应用中的普及率低于氮化镓。

碳化硅和氮化镓一样，属于第三代化合物，是大功率设备的关键材料。碳化硅材料具有禁带宽度大、导电阻低、开关频率高等电气特性。

碳化硅在大功率设备中的大带宽可以承受更高的电压和温度，这意味着碳化硅可以承受比硅基材料更高的功率；在导电阻方面，碳化硅的导电阻也低于硅基材料，可以有效减少设备在运行过程中的过热，避免功率损耗过高，提高功率利用率；在开关频率方面，碳化硅和氮化镓的开关频率相对较高。在充电器设计中，开关频率的大小与变压器的体积有关。较高的开关频率可以使变压器的线圈匝数和截面面积尽可能小，这也是氮化镓被大功率快速充电广泛使用的原因之一。

新年首秀，派恩杰碳化硅65WPD快速充电方案

2月7日，专注于碳化硅和氮化镓功率设备设计和解决方案的国内制造商派恩杰推出了基于碳化硅应用的新一代65WPD快速充电解决方案，这也是派恩杰首次成功将ADNS-7530碳化硅技术引入消费快速充电解决方案。

图：派恩杰

上图为派恩杰65WPD快速充电方案的Demo主要采用派恩杰碳化硅MOSFETP3M06300D8作为功率开关管，提高系统整体效率。

P3M06300D8是一种增强型SiCMOSFET，具有高频、低导电阻、小格栅电荷的电气特性。导电电阻为300mω，格栅电荷为2.75nc。在场效应管中，格栅电荷的值对元件的开关性能有很大的影响。例如，当电流为100ma时，格栅电荷为100nc的MOSFET充满或释放所需的时间为1us，格栅电荷为20nc的MOSFET所需的时间为200ns。这意味着P3M06300D8可以在27.5ns内完成导通或关闭操作，这也是快速充电方案小型化的关键因素之一。

图：Richtek

在该方案中，主侧控制器采用RT790PWM控制器控制电路，形成可编程的USBPD快速充电方案。RT7790集成了双向控制逻辑，可以通过脉冲变压器向次极端控制器发送零电压开关的脉冲信号，也可以接收次极端反馈的脉冲信号。零电压开关的功能可以给系统带来更高的转换效率，降低MOSFET的热量。在该方案中，RT7790PWM控制器可以直接驱动P3M06300D8MOSFET，无需在电路中进行额外的驱动设计，从而简化电路设计，加快终端产品的上市。

图：派恩杰

上图为65WPD快速充电方案在110Vac和220Vac工作电压上的效率变化曲线。通过观察发现，当工作电压为110Vac时，系统效率保持在91%以上。当工作电压为200Vac时，系统效率达到峰值，接近94%。

据悉，该方案结合碳化硅在开关电源领域的优势，Demo的功率密度达到1.98W/cm3，远高于其他基于氮化镓快速充电方案的1.1~1.3W/cm3。

值得一提的是，派恩杰在这款碳化硅MOSFET上进行了多方面的优化，并将产品的价格控制在与120mohm~140mohm硅基MOSFET相似的价格上。毕竟，碳化硅在消费品中没有迅速普及的原因之一是成本问题。该方案的推出有望加速碳化硅在消费市场的渗透。

首款引入碳化硅技术的倍思120W快充

谈到碳化硅在快速充电领域的应用，我们不得不提到终端制造商贝斯在该领域的成就。2020年，贝斯成功将碳化硅技术引入快速充电应用，推出了氮化镓+碳化硅120W快速充电器。

本发布的120W快速充电器结合了碳化硅和氮化镓在电力电子领域的优势，成功地将充电器的热量和体积降低到较低水平，提高了系统的转换效率。

充电器采用PFC+LLC电源架构，PFC电路部分采用安森美NCP16A1PFC控制器，PFC开关管采用纳微NV6127氮化镓MOSFET，PFC升压整流电路采用Alphapower碳化硅二极管ACD06PS065。半桥LLC电路由安森美NCP1392PWM控制器和纳微NV6115氮化镓MOSFET组成。

经测量，充电器长度为94.17mm，宽度为55.56mm，厚度为30.11mm，体积约150cm3，功率密度为0.76W/cm3，因为这是倍思的早期产品，所以在功率密度方面与现在的产品有一定的差距，而且价格也比较高。

结语

成本一直是碳化硅进入消费市场的关键。派恩杰推出的低成本碳化硅产品有望成为碳化硅进入消费市场的垫脚石，加快碳化硅在消费市场的普及，引领手机快速充电的发展趋势。