使用全新 C3M 650V MOSFET 节省 BOM 成本

这种用电量的增长不只出现在美国，也出现在全世界，部分原因在于电动汽车 (EV) 等交通工具实行电气化，以及全球计算资源的增长——物联网 (IoT) 中数十亿的个人计算以及互联设备依赖于越来越多的服务器群。

所有应用市场，尤其是电动汽车和计算市场，都可受益于功耗成本和空间占用量的下降，从而以更低的成本提供相同或更出色的功能，通过富有竞争力且可持续的方式满足市场需求。

为成功占领电动汽车市场，企业需要延长续航里程，降低材料清单 (BOM) 成本，才能与坚不可摧的内燃机 (ICE) 一较高下。为了获得额外的续航里程，制造商需要更大容量的电池系统，而增加容量可以通过增加电池体积或提高能效来实现。遗憾的是，增加电池体积也会增加车辆的重量，反而增加能耗。反之，使用同等大小的电池提供更多电能以提高能效，可达到重量更轻、节能更好的效果，而最重要的是，还能缓解消费者的“续航焦虑”。

另一方面，在 IT 领域，数据中心的电力、冷却和占地成本轻轻松松就能快速超过初始硬件成本。新的能效标准，如 80+ 钛金标准，旨在通过提高系统效率来降低这些成本，但在更复杂的拓扑结构中，由于使用的组件增多，因此在不提高 BOM 成本的情况下很难实现。

利用碳化硅，降低成本并提高能效

碳化硅 (SiC) 为这些考虑因素提供了解决方案。碳化硅是一种半导体技术，已广泛应用于电动汽车充电器以及服务器和电信设备的电源。在尺寸受限的应用中，如果需要采用更高功率密度的设计，则它相较于硅 (Si) 的优势使其成为理想的选择。

碳化硅可实现高能效和高热传导，非常适合高功率密度应用。由于采用碳化硅的设计重量更轻，因此它们能够更好地处理热量，且在更高的环境温度下工作时，所需的散热管理解决方案的体积也更小巧。它们还能实现更高的开关频率，而这需要更小、更轻的磁性元件和其他无源元件。

Wolfspeed 的第三代 650V 碳化硅 MOSFET 简介

随着第六代肖特基二极管的推出，Wolfspeed 确立了其在 650V 碳化硅领域的技术领导地位，支持最高的系统能效水平。Wolfspeed 继续保持领先地位，推出第 3 代 15-mΩ 和 60-mΩ（25°C 时的 R_DS(on)）650V MOSFET，进一步利用碳化硅的优势，降低开关损耗，同时提高功率效率和功率密度。

新器件 – C3M0015065D、C3M0015065K、C3M0060065D、C3M0060065J 和 C3M0060065K – 适合在 –40°C 至 175°C 的宽温度范围内工作，并采用通孔（TO-247-3、TO-247-4）和表面贴装 (TO-263-7) 封装。

降低损耗的一个关键参数是低导通电阻。Wolfspeed 的新型 MOSFET 采用分立封装，可在整个工作温度范围内提供业界最低的导通电阻，其中 60-mΩ MOSFET 在 175°C 时的 R_DS(on) 仅为 80 mΩ。

由于 60-mΩ MOSFET 提供 62 nC 的反向恢复电荷 (Qrr)，因此器件的超低反向恢复电荷可降低开关损耗，实现更高的开关频率，从而减少系统中的变压器、电感器、电容器等无源元件的尺寸和重量。

由于新增元件会增加开关频率，从而增加开关损耗，因此为解决器件电容问题，Wolfspeed 实现了更低的器件电容，例如，60-mΩ 型号的小信号输出电容 C_oss 仅为 80 pF，而 15-mΩ 型号为 289 pF。

器件型号在 R_DS(on)、连续漏极电流 I_D 的额定值及其封装等方面存在差异，见表 1。

表 1：全新 C3M 650V MOSFET 的主要规格

降低 BOM 成本

全新 650V 碳化硅器件可从多个方面帮助降低成本。与硅基 650V MOSFET 相比，Wolfspeed 器件的导通损耗可降低 50%，开关损耗降低 75%，但功率密度却可提高三倍，因此，Wolfspeed 的器件不仅有助于通过提高能效来节约成本，而且还可以降低磁性和冷却设备的 BOM 成本。

例如，电动汽车 (EV) 6.6 kW 双向车载充电器 (OBC) 的 AC/DC 部分通常由四个 650V IGBT、多个二极管和一个 700µH 的 L1 电感器组成，占 BOM 成本的 70% 以上。使用四个 650V 碳化硅 MOSFET 的设计则只需要 230 µH 的 L1 电感器。这使得 BOM 成本比基于 IGBT 的设计降低了近 18%。

在 OBC 的 DC/DC 部分，由于磁性元件的成本大大降低，因此也可实现类似的成本节省。

图 1：整体系统 BOM 成本比较显示，Wolfspeed 采用碳化硅 MOSFET 的充电器解决方案可节省 15% 的成本

在此应用中，使用 Wolfspeed 的器件，总体的典型 BOM 成本降低了大约 15%，同时峰值系统效率为 97%，而基于硅的系统为 94%（图 1）。

利用参考设计加快上市时间

Wolfspeed 通过参考设计为其器件提供广泛的支持，而在这方面，全新 MOSFET 也不例外。对于上文讨论的 OBC 应用，该公司的全球应用工程团队创建了一个 6.6-kW 的双向设计，其直流链路为 380V 至 425V，电池侧输出为 250V 至 450V。

交流/直流侧采用高效、高性价比的图腾极拓扑结构，而在不影响复杂性和元件数量的情况下，这是基于硅的实施方式无法实现的。与此同时，直流/直流侧将开关频率提高到 150-kHz 到 300-kHz 的高频率范围，比典型的硅实施快 3 倍。

产品和参考设计解决方案

参考设计

探索 Wolfspeed 的 650V 碳化硅 MOSFET、配套零件和参考设计，以更多地了解 Wolfspeed 的碳化硅 MOSFET 技术如何帮助您构建符合当今现代器件需求的更好产品。

演示 Wolfspeed 的 650 V、60 mΩ (C3M™) 碳化硅 MOSFET 在 6.6 kW 双向转换器中的使用，该转换器用于高效率和高功率密度的板载充电应用 演示板由一个双向图腾柱 PFC(AC/DC) 级和一个基于 CLLC 拓扑结构的隔离式双向 DC/DC 级组成，具有可变的直流链路电压 利用高开关频率工作，令演示板体积更小、重量更轻、整体成本更低 Wolfspeed 的 6.6 kW 高功率密度 OBC 演示板可接受 90VAC-265VAC 作为输入，并在输出端提供 250VDC-450VDC，充电和逆变模式的效率均高于 96.5% 该演示板的主要目标应用包括：电动汽车充电和储能 文档包括材料清单 (BOM)、原理图、电路板布局和应用说明

评估并优化 Wolfspeed C3M™碳化硅 MOSFET 和肖特基二极管的稳态和高速开关性能 分析评估板的通用电源转换拓扑结构，如同步/异步降压或升压转换器、半桥和全桥（请注意：全桥拓扑结构需要 2 个评估套件） 电路板具有用于 C3M™ 碳化硅 MOSFET 的 3 引脚和 4 引脚 TO-247 封装的空间 兼容碳化硅肖特基二极管的 TO-247 和 TO-220 封装 在降压或升压转换器拓扑结构中，不需要额外的电容来运行评估板 评估板为每个 C3M™ 碳化硅 MOSFET 提供两 (2) 个专用栅极驱动器 随附两 (2) 个 1200 V、75mΩ C3M™ 碳化硅 MOSFET，采用 TO-247-4 封装，带测试硬件

演示 Wolfspeed 的 650 V、60 mΩ (C3M™) 碳化硅 MOSFET 在 6.6 kW 高频直流-直流转换器中的使用，该转换器用于高功率密度应用 演示板由 DC-DC LLC 拓扑结构组成，其中初级侧基于全桥级，次级侧基于异步整流级 利用高频工作，令演示板体积更小、重量更轻、整体成本更低 Wolfspeed 的 6.6 kW 高频演示板可以接受 380 VDC - 420 VDC 作为输入，并在输出端提供 400 VDC，效率 > 96% 演示板的主要目标应用包括：工业电源和电动汽车充电器 文档包括材料清单 (BOM)、原理图、电路板布局和应用说明

高效、低成本的 2.2 kW 无桥图腾柱 PFC 拓扑结构解决方案，基于 Wolfspeed 最新的 (C3M™) 650 V 60 mΩ 碳化硅 MOSFET 在所有负载条件下，THD < 4% 时，能效超过 98.5%，轻松达到钛金标准 基于电阻器的创新电流检测解决方案 在所有负载条件下，过零时电感电流失真更小 使用通用二极管代替低频开关，减少材料清单 (BOM) 演示板的主要目标应用包括：服务器、电信和工业电源设备 (PSU) 文档包括材料清单 (BOM)、原理图、电路板布局、应用说明

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