前言
碳化硅(SiC)作为第三代宽禁带半导体,在功率器件领域具备着更高的击穿电压、更大的电流承受能力和更宽的温度适应范围,且内阻温度漂移极小、热稳定性及可靠性远优于传统硅器件。这些特性让 SiC 在高压、高功率与高频率场景下天然占优,目前已在高压快充、直流快充站与电动汽车车载充电等大功率场景中获得大规模应用。
特别是随着 8 英寸 SiC 产线成熟,其应用场景也正逐渐从工业高压领域扩展至消费级快充领域,通过性能优化和成本下降,在 PD 快充市场中的地位正稳步提升。
但在传统工业级辅助电源中,往往需要双管反激拓扑来解决高母线电压下功率器件耐压不足的问题,导致成本升高,同时市面上方案通常为固定频率、无谷底导通,随着母线电压越高开关损耗越大;即使使用了 SiC 方案,通常需要加额外的 SiC 专用驱动芯片,还需要考虑上电时序等诸多问题,难以在小体积系统中集成。
在消费领域中,尤其是 PD 快充一直追求小体积、高集成度、高效率和低成本的应用场景,随着第三代半导体发展,国内已有直驱 GaN 方案,但面向消费级市场直驱 SiC 的专用控制器,国内还较为稀少。
目前国内多家电源芯片厂商已相继推出面向直驱 SiC 的控制器产品线,涵盖 PWM 控制器、QR 反激控制器、PFC 控制器等多种类型,能够支持不同拓扑与功率等级的快充设计。这些器件在驱动能力、保护与上电时序处理上各有侧重,接下来充电头网将详细介绍一下。
直驱 SiC 芯片盘点
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充电头网已将各家推出的多款支持直驱 SiC 的控制器以及相关信息汇总成上表所示,方便各位了解。
以下排名不分先后,按企业英文首字母排序。
ISMARTWARE 智融科技
智融 SW1192H
SW1192H 是一款高频准谐振(QR)模式 PWM 反激控制器,智融科技对这款控制器的设计重点是兼顾超宽输入适配能力与对新一代功率器件 SiC 的直接驱动。SW1192H 内置 DRV 驱动级,可提供高达 17.5V 的驱动电压,使其能够直驱 SiC 器件,降低对外部驱动级的依赖。
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SW1192H 支持 12–90V 超宽范围 VDD 供电,能够无缝适配 PD 适配器与 LED 驱动等宽电压应用场景,满足不同市场与印制规范的输入条件要求。
SW1192H 采用分段频率曲线以优化效率与 EMI,即在低压(LL,90V)工况下工作点接近 130kHz,在高压(HL,230V)工况下约为 100kHz;芯片还集成自适应驱动策略,在轻载时可主动降低开关瞬态应力,从而抑制同步整流(SR) 的尖峰电压,降低器件应力并改善可靠性。为了进一步改善电磁兼容性,器件内置频率抖动功能,使频谱能量分散,频率抖动也有助于更容易通过 EMI 试验;同时设计还能确保无可闻音频噪音,提升终端用户体验。
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在保护机制方面,SW1192H 集成了包括 brown-out、VDD 过压、输出过/欠压、逐周期电流限制、异常过流、过载、CS 开路、片内/片外过温等完整的保护机制,触发后以自动重启或锁存方式响应,帮助系统在异常工况下快速自我恢复或安全锁定,降低因次级或变压器故障导致的系统损伤风险。此类完善保护设计对适配器与充电器类产品尤为重要。
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SW1192H 采用 SOT23-6 封装, 可用于在小体积充电器方案中节省 PCB 面积并降低器件成本,适用于快充适配器、充电器、开关电源等领域之中。
1、智融科技推出支持宽电压输出直驱 SiC 的 PWM 控制器 SW1192H
Kiwi Instruments必易微
必易微 KPE2806S
KPE2806S 是一款支持直驱 SiC 的离线准谐振式升压 PFC 控制器,芯片支持临界导通模式(CRM)与断续导通模式(DCM)自适应切换,满载运行于 CRM、轻载时进入 DCM 并通过降频与打嗝(Burst)机制有效提升轻载和待机效率,适用于适配器电源、LED 照明以及台式机/电视等需要高功率因数和低输入谐波的场景。
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KPE2806S 针对直驱 SiC 的系统化需求做了多方面优化,芯片内置 16V 门极钳位并提供 −550mA / +1350mA 大电流驱动,能够匹配 SiC MOS 管更快的门极充放电需求并缩短开关过渡时间。
KPE2806S 通过谷底导通打准谐振工作点,在 DRAIN 电压到谷底时再开通以大幅减小开关损耗,最高钳频可达 500kHz,并且通过 RSEL 判决机制自动设定最高工作频率与最大导通时间以匹配不同系统设计。芯片还实现了动态加速、两档输出电压以及打嗝/降频曲线等控制策略,让芯片在效率、功耗、响应速度、EMI 等方面取得更加优秀的平衡。
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可靠性与保护方面,KPE2806S 集成了包括 VDD OVP/UVLO、输入欠压、输出欠压/过压、逐周期过流、异常过流锁存、CZ 管脚二级 OVP、过热关断以及管脚开短路保护等完整的保护方式,此外具有较低的启动与待机电流,采用 SOT23-6 小尺寸封装。
1、必易微发布全新 PFC 控制器 KPE2806S,填补消费级市场直驱 SiC 应用空白
必易微 KP2213
KP2213 是必易微为离线反激电源精心设计的一款高性能电流模式 PWM 控制器,该芯片集成了高压启动电路与专为 SiC 器件优化的驱动能力,支持 18 ~ 55V 的宽 VDD 供电,适合宽输出电压应用。
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KP2213 采用了多模式工作策略,支持连续导通 CCM、准谐振 QR、绿色节能以及 Burst/打嗝模式,可在全范围优化效率,集成高压启动功能,实现待机功耗小于 30mW,并具备高低压分档频率调制与峰值电流/频率抖动机制,从而在轻载到满载区间都能自动优化开关频率,降低轻载损耗并改善 EMI 表现。
在 QR 模式下 KP2213 支持最高 130kHz 开关频率,并配合谷底导通与前沿消隐(LEB)等技术降低开关损耗与误触发风险,这一系列设计使得使用 SiC 器件时既能发挥其高频优势,又能控制噪声与热应力。
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KP2213 内建一套完备的自恢复保护体系:包括 VDD 过压/欠压、输入过压/欠压、输出过压/欠压、逐周期电流限制 (OCP)、异常过流保护 (AOCP)、输出过载保护 (OLP)、片内过热保护 (OTP) 以及管脚开路检测等。软启动、自动重启与钳位机制的组合不仅提高了系统在异常状态下的自我保护能力,也简化了外围保护电路的设计,使整机更易通过功能与可靠性验证。
KP2213 的高集成度可有效减少外部元件数量,缩短开发周期并提升系统性能,同时采用 SOP-8 小封装便于大规模生产与装配。对于追求高功率密度、低待机功耗并希望充分利用 SiC 器件高频潜能的充电器与适配器设计,KP2213 是一款兼顾效率、可靠性与工程实现性的理想控制器选择。
1、必易微推出首款可直驱 SiC 的高集成反激 PWM 控制器 KP2213
2、可直驱 SiC 落地方案,必易微 KP2213 助力高功率密度充电器与开关电源设计
MERAKI茂睿芯
茂睿芯 MK2606S
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茂睿芯 MK2606S 这款芯片是茂睿芯首款面向SiC 功率器件的高频准谐振反激控制器,集成了对SiC器件驱动电压的自适应优化、直驱功能以及多种保护与抗干扰措施。芯片内置高精度振荡器,有130/200KHz两种最大工作频率可选,并内置专有软启动技术,通过渐进式驱动电流斜升,有效降低功率器件在开机瞬间的应力。
据了解,这款芯片驱动侧支持多档输出电压,6V用于E-GaN器件、11V用于常规 Si MOS 、15V 用于 SiC 。既能省去传统 SiC 驱动器及其外围供电电路,又简化了PCB布局,整体外围元件数量大幅减少。
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MK2606 还提供过压保护、过流保护、过温保护等保护机制,并针对工业级应用场景设计了增强型抗雷击与浪涌误触发保护;内置抖频功能进一步优化EMI设计;同时采用SOT23‑6这样的小封装,可为便携快充设计节省宝贵的PCB空间,也简化了系统级电路,使得真正意义上的“SiC快充”方案可以在更小、更轻、更高效的产品中落地。
1、茂睿芯携手知名碳化硅企业推出快充参考设计,获得上市公司采用
应用案例:
1、首发Mentech铭普碳化硅65W-2C-PD快充拆解,英嘉通SiC To Go挑战极致能效和功率密度
茂睿芯 MK2698S
MK2698S 是茂睿芯推出的一款超宽 VCC 耐压,可直驱 SiC 的准谐振(QR)反激控制器,该芯片耐压能力达 100V,可稳定应对不同供电环境,开关频率支持 130kHz 与 200kHz 两档可选,能根据实际应用需求灵活匹配系统设计。
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MK2698S 驱动电压最高可至 16V,且针对 SiC 功率器件的特性专门优化了驱动电路,确保对 SiC 器件的可靠直驱,无需额外配置专用驱动电路,有效简化外围设计,提高功率密度。同时,芯片集成了专利软起技术,可有效降低系统开机阶段功率器件的电压应力,避免瞬时冲击对器件造成的损坏,并内置完善的保护机制,进一步提升了电源系统的运行可靠性。
MK2698S 还搭载了抖频功能,能够有效优化系统 EMI,减少电源工作时的电磁干扰,降低后续 EMC 测试与整改难度。MK2698S广泛适配多口及单口PD充电器,满足消费电子领域的快充需求。同时,由于支持 100V 的高耐压,使其也适用于电动两轮车充电器及电池充电器等需要宽输出电压的场景,为不同领域的电源产品提供高效且可靠的解决方案。
茂睿芯 MK2554/A
MK2554/A 是茂睿芯推出的连续导电模式(CCM)PFC 控制器,栅极驱动能力达 ±1.5A,栅极驱动钳位在 15.5V,可直接驱动 SiC 功率器件,无需额外驱动电路,有效简化大功率电源架构。
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MK2554/A 具备 30V 宽 VCC 工作电压,<200μA 的超低静态电流与 <55μA 的启动电流,可有效降低待机损耗,内置频率抖动功能,开关频率提供 65kHz、130kHz、200kHz 三档可选,并针对THD及功率因数进行了专项优化,可提升电源系统的能量利用效率,减少无功损耗,还内置动态加强功能,能更好地应对负载瞬变的场景,保障系统在不同工况下的稳定运行。
MK2554/A 采用SOP-8 封装,适配服务器电源、通信电源、桌面电源等 IT 类设备,以及家电、工业电子、高功率LED路灯与植物照明等领域,尤其适用于 300~3kW 功率段的 CCM PFC 应用场景。
充电头网总结
当前 8 英寸 SiC 产线已逐渐成熟,进而导致其系统成本已满足扩展需求 ,SiC 在某些消费级快充细分市场的性价比已经开始具备明显的竞争力。充电头网盘点了智融科技、茂睿芯、必易微多家企业推出的多款可直驱 SiC 的控制器芯片,这些芯片可省去传统 SiC 方案中额外驱动器与复杂的上电时序处理,让系统设计更加简单,可加快工程验证周期,助力 SiC 产品加快上市。
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