根據(jù)Yole的預(yù)測，到2024年，碳化硅功率半導體市場規(guī)模將增長至20億美元，2018-2024年期間的復合年增長率將高達29%。其中，汽車市場無疑是最重要的驅(qū)動因素，預(yù)計2024年，碳化硅功率半導體市場中的汽車市場份額將達到50%以上。

博世碳化硅產(chǎn)品于2019正式推向市場。產(chǎn)品包括SiC芯片裸片，主要應(yīng)用于電驅(qū)動的功率模塊；還包括SiC MOSFET分立器件，面向車載充電器OBC與DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，分立器件有TO247-3/4、TO263-7（D2-PAK-7）兩種封裝方式。

博世SiC MOSFET 在OBC的應(yīng)用中可支持100KHz以上的開關(guān)頻率，功率輸出范圍3.3kW至22kW。

目前，電動汽車車載充電器電路一般采用AC/DC PFC和DC/DC 變換器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。交流電輸入后經(jīng)過二極管整流，通過功率因數(shù)校正（Power Factor Correction，PFC）電路得到直流母線電壓，最后通過DC/DC變換到滿足電池充電要求的輸出電壓與電流。本文將結(jié)合PFC電路的拓撲結(jié)構(gòu)，介紹在設(shè)計中使用博世SiC MOSFET的優(yōu)勢。

PFC的設(shè)計首先需要滿足很高的功率因數(shù)（PF），如果整個OBC的效率要達到96%要求，那么PFC的效率至少要在98%以上；其次需要最大限度地減少電流失真對電網(wǎng)的影響。

在傳統(tǒng)的BOOST 有橋PFC中，交流輸入電壓經(jīng)過全波整流，然后經(jīng)由電感L、開關(guān)管S和快速二極管D組成的BOOST電路，從而輸出恒定的直流電壓。通過對開關(guān)管S的SPWM調(diào)制，可以將電感L上的電流控制為正弦波，并跟蹤輸入電壓相位，從而實現(xiàn)功率因數(shù)的校正。不足的是，傳統(tǒng)BOOST 有橋PFC電路，工作在正負半周的主電流都經(jīng)過2個整流二極管，使得電路的通態(tài)損耗較高，約占輸入功率的1.5-2%。

為了提高效率，無橋PFC拓撲結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多：通過移除全波整流電路，來減少相關(guān)器件的損耗。雙BOOST無橋PFC拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示，采用了兩套獨立的BOOST電路，主電流在正負半周只流過一個整流二極管D3或D4，減少了傳導損耗，提高了效率。但也由此帶來了器件數(shù)量多、電感利用率低的問題。

現(xiàn)階段比較流行的是采用圖騰柱BOOST無橋PFC的拓撲結(jié)構(gòu)（見圖5）。通過表1的比較可以發(fā)現(xiàn)，圖騰柱PFC移除了快恢復二極管，是BOOST 無橋PFC拓撲中最簡單的，也是效率最高的一種結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中，由于兩個開關(guān)管的體二極管代替了傳統(tǒng)的PFC中的快恢復二極管，作為續(xù)流二極管。而一般的Si MOSFET以及超級結(jié)型MOSFET反向恢復特性都不太理想，其較高的反向恢復電荷Qrr會導致過大的恢復損耗。所以，不適合在電流連續(xù)模式（CCM）下使用，只適合工作在斷續(xù)模式（DCM）或者臨界模式（CRM），即中小功率的場合，限制了圖騰柱BOOST無橋PFC的應(yīng)用范圍。

目前，寬禁帶半導體（尤其是SiC MOSFET）的發(fā)展解決了體二極管反向恢復問題。如圖6所示，SiC MOSFET 與Si 以及超級結(jié)MOSFET相比具有更小的Qrr參數(shù)，即反向恢復電流與恢復損耗小。博世推出的1200V和750V兩個電壓等級的SiC MOSFET系列產(chǎn)品（見表2），具備了良好的反向恢復特性。支持圖騰柱BOOST無橋PFC工作在連續(xù)模式下，滿足高效率的同時也為大功率OBC的設(shè)計提供了一種器件選擇。

表2 Bosch SiC MOSFET 產(chǎn)品系列

博世擁有超過50年的汽車半導體經(jīng)驗以及覆蓋全價值鏈的研發(fā)和供應(yīng)商體系，同時擁有汽車標準級的硅晶圓工廠和對于汽車客戶的快速響應(yīng)能力。博世涉足車規(guī)級碳化硅領(lǐng)域，將持續(xù)推動技術(shù)創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品性能。未來，博世的碳化硅產(chǎn)品無疑會引領(lǐng)電動車和混合動力汽車的控制系統(tǒng)，即功率電子器件的發(fā)展。

責任編輯：haq