Матрикс Электроника

Карбид-кремниевые устройства компании Alpha Power Solutions

Сегодня большинство полупроводниковых устройств создается на основе кремния. Тем не менее, в некоторых областях, например, в области силовых устройств, его свойств и характеристик уже недостаточно для создания высокоэффективного оборудования с высокими рабочими характеристиками. Это подвигло ученых и инженеров на поиски и применение новых материалов для подобных устройств, и одним из таких материалов стал карбид кремния (SiC).

Почему производители выбирают карбид кремния?

Карбид кремния представляет собой полупроводниковое соединение, состоящее из кремния (Si) и углерода (C). Он относится к семейству материалов с широкой запрещенной зоной и имеет очень прочную физическую связь атомов, которая придает материалу высокую механическую, химическую и тепловую стабильность. У карбида кремния в 3 раза больше ширина запрещенной зоны, в 2 раза выше скорость насыщения электронами и примерно в 3 раза более высокая теплопроводность, чем у кремния.

Благодаря широкой запрещенной зоне SiC-устройства могут выдержать температуру, намного выше, чем обычные кремниевые устройства (более 20°C), что делает их идеальными для применения в силовой электронике. Широкая запрещенная зона также позволяет полупроводникам работать при более высоких напряжениях и частотах. Эти свойства обеспечили коммерческий успех SiC-устройств, которые постепенно захватывают рынок силовой и высокочастотной электроники. Лидерами по производству карбид-кремниевых считаются Infineon, Wolfspeed (Cree), ROHM, STMicroelectronics. Но ввиду общемирового дефицита компонентов и ситуации на рынке приобрести их продукцию довольно проблематично. В связи с этим стоит обратить внимание на китайского производителя Alpha Power Solutions

О компании Alpha Power Solutions

Компания Alpha Power Solutions (далее Alpha Power) была основана в 2017 году путем ее отделения от гонконгской корпорации Vitelic Technology, и на сегодняшний день она является крупнейшим в Китае производителем карбид-кремниевых устройств на основе 6-дюймовых пластин. Компания имеет 22 зарегистрированных патента на свои разработки в области SiC-устройств, а также является победителем премий Hong Kong Green Innovation Award 2019 и Hong Kong Awards For Industries Cert. of Merit 2019. Головной офис Alpha Power находится в Гонконге, также она имеет филиалы в Шанхае и Шэньчжэне.

Основной целью компании является полное удовлетворение нужд внутреннего рынка в карбид-кремниевых устройствах, а также выход на внешний рынок с занятием существенной доли на нем. И она уверенно идет к этому, выпустив в 2020 году более 3 миллионов SiC-диодов, рассчитанных на напряжение 1200В. Продукция Alpha Power уже широко используется в производстве электромобилей, зарядных устройств, систем накопления солнечной и ветровой энергии, а также в источниках питания для серверов. Ассортимент продуктов Alpha Power довольно широк и включает в себя карбид-кремниевые диоды, карбид-кремниевые полевые МОП-транзисторы (MOSFET), а также силовые модули на основе карбид-кремниевых MOSFET. SiC-диоды производства Alpha Power благодаря запатентованной структуре JBS и технологии создания сверхтонких полупроводниковых структур APS сочетают в себе высокую мощность и компактность. Их применение в силовой электронике позволяет уменьшить размеры трансформатора и радиатора примерно на 30%. Они выпускаются в корпусах DFN, DPAK, D2PAK, TO-220 и TO-247 и совместимы со многими продуктами ведущих производителей SiC-диодов

Карбид-кремниевые диоды

На рисунке 1 в качестве примера представлена схема внутренней структуры SiC-диода ACD20PS120A и его корпусировка, а в таблице 1 приведен ряд SiC-диодов компании Alpha Power с основными рабочими характеристиками и указанием аналогов от ведущих производителей.

Рисунок 1. SiC-диод ACD20PS120A компании Alpha Power

SiC-диод Alpha PowerURM, ВIF (при TC = 150 ℃), АКорпусАналог от InfineonАналог от Wolfspeed
ACD04PS065F6504TO252-2N/AC6D04065E
A3D08HS065C6508TO220-2IDH08G65C5XKSA2C6D08065A
ACD10HS065A65010TO220-2IDH10G65C5XKSA2C6D10065A
ACD20PS065C65020TO220-2IDH08G65C6XKSA1N/A
A3D30PB065BN65030TO247-3IDW30G65C5XKSA1C3D30065D
ACD42PS090A90042TO247-2N/AN/A
ACD20PS120A120020TO247-2IDWD20G120C5XKSA1N/A
A3D40PB120AN120040TO247-2IDWD40G120C5XKSA1C4D15120H
ACD40PD120B120040TO247-3IDW40G120C5BFKSA1C4D40120D

Таблица 1. SiC-диоды компании Alpha Power с основными рабочими характеристиками и их аналоги.

Карбид-кремниевые MOSFET

Карбид-кремниевые MOSFET компании Alpha Power обеспечивают гораздо более высокие частоты переключения, лучшие тепловые характеристики и более низкие потери проводимости по сравнению с традиционными устройствами IGBT и MOSFET на основе кремния. Благодаря применению данных MOSFET можно уменьшить размер пассивных компонентов, таких как дроссели и трансформаторы, а также снизить суммарные затраты на компоненты. Alpha Power предлагает SiC MOSFET, рассчитанные на 650В и 1200В и доступные в корпусах TO247-4.

На рисунке 2 можно ознакомиться со схемой внутренней структуры SiC MOSFET ACM040P120Q и его корпусировкой, а в таблице 2 приведен ряд SiC MOSFET компании Alpha Power с основными рабочими характеристиками и указанием аналогов от ведущих производителей.

Рисунок 2. SiC MOSFET ACM040P120Q компании Alpha Power.

SiC MOSFET Alpha PowerUBR, ВIDC (TC = 25 ℃), АRDS(ON) (TC = 25 ℃), мОмКорпусАналог от InfineonАналог от Wolfspeed
ACM120L065Q65028120TO247-4IMZA65R072M1HXKSA1C3M0120065K
ACM060L065Q6504856TO247-4IMZA65R039M1HXKSA1C3M0045065K
ACM030L065Q6509030TO247-4N/AC3M0025065K
ACM070P120QNN12003968TO247-4IMZ120R060M1HXKSA1C3M0075120K
ACM040P120Q12006436TO247-4N/AC3M0032120K
ACM020A120Q120010220TO247-4N/AC3M0021120K
Таблица 2. SiC MOSFET компании Alpha Power с основными рабочими характеристиками и их аналоги.

Силовые модули

Помимо дискретных компонентов Alpha Power также выпускает силовые модули на основе SiC MOSFET в конфигурации «полумост». На данный момент доступно два таких модуля: на 120А и 256А (оба рассчитаны на напряжение 1200В). Они имеют встроенные карбид-кремниевые диоды для полной блокировки обратного тока.

На рисунке 3 представлена схема внутренней структуры модуля ACW300P12MHB, а также его внешний вид и размеры, а в таблице 3 приведены модули на основе SiC MOSFET с их основными характеристиками и аналогами.


Рисунок 3. Силовой модуль ACW300P12MHB Alpha Power.
Модуль Alpha PowerUBR, ВID (TC = 110 ℃), АRDS(ON) (TC = 25 ℃), мОмКорпусАналог от InfineonАналог от Wolfspeed
ACM120A12M2A12001201362 ммN/ACAS120M12BM2
ACW300P12MHB1200256562 ммFF6MR12KM1CAS300M12BM2

Таблица 3. Силовые модули компании Alpha Power с основными рабочими характеристиками и их аналоги.

Таким образом, компания Alpha Power может предложить разработчикам широкий выбор карбид-кремниевых диодов, полевых МОП-транзисторов и силовых модулей. Купить карбид-кремниевые диоды, полевые МОП-транзисторы и силовые модули вы можете в компании МАТРИКС ЭЛЕКТРОНИКА. Эти компоненты могут заменить большинство SiC-устройств от ведущих производителей, и тем самым закрыть бреши в разработке высокоэффективного силового оборудования.