碳化硅寫入十四五規劃，快充市場成為第三代半導體突破口

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2022-03-17 07:39:42 4

2020年，當大多數快充電源廠商還在65W氮化鎵快充市場探索時，倍思開創性的推出了業界*120W氮化鎵+碳化硅快充充電器。也正是這款產品，*次將“碳化硅快充”從設想變為現實，開啟了碳化硅在快充領域商用的大門。

隨后，MOMAX、REMAX等廠商陸續跟進，基于碳化硅推出多款百瓦級大功率快充電源，也讓越來越多的業內人士和消費者對碳化硅有了更進一步的了解。

一、官宣：碳化硅寫入十四五規劃

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2021年3月13日，新華網刊登了《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，其中“集成電路”領域，特別提出碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體要取得發展。

碳化硅和氮化鎵都屬于第三代半導體寬禁帶半導體材料，能夠在“十四五規劃”中提名，足以說明其重要程度已經上升到了*的層面。相信在*的助推下，國內將迅速形成適合第三代半導體發展的環境，前景十分值得期待。

二、碳化硅用于快充的優勢

碳化硅（SiC）是碳和硅的化合物，碳化硅單晶材料目前采用物理氣相輸運（PVT）法，在超過2000℃的高溫下，將碳粉和硅粉通過高溫分解成原子，通過溫度控制沉積在碳化硅籽晶上形成碳化硅晶體。

作為第三代半導體材料，碳化硅（SiC）與硅（Si）相比，介電擊穿強度更大、飽和電子漂移速度更快且熱導率更高。因此，當用于半導體器件中時，碳化硅器件擁有高耐壓、高速開關、低導通電阻、高效率等特性，有助于降低能耗和縮小系統尺寸。

碳化硅可以廣泛應用于電動汽車、逆變器、軌道交通、太陽能、風力發電、消費類電源等領域。近年來，隨著USB PD快充技術的普及和氮化鎵技術的成熟，大功率快充電源市場逐漸興起，碳化硅二極管也開始在消費類電源市場中嶄露頭角，進入了多款百瓦級大功率快充供應鏈，助力快充電源實現更高的效率和更小的體積。

充電頭網了解到，在大功率快充電源產品中，碳化硅二極管主要用于PFC級的升壓整流；搭配氮化鎵功率器件，可以將PFC級的工作頻率從傳統快充的不足100KHz提升到300KHz，由此減小升壓電感體積，實現高功率密度的設計，同時也讓電源的效率得到了大幅提升。

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開關電源中，由于整流后采用大容量的濾波電容，呈現容性負載，而在電容充放電時會使電網中產生大量高次諧波，產生污染和干擾，人們開始在開關電源中引入PFC電路，功率在75W以上的開關電源強制要求加入PFC電路以提高功率因數，修正負載特性。

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PFC分為被動式和主動式兩種。被動式采用大電感串聯補償，主要缺點是體積大，且效率低。隨著近年來半導體器件迅猛發展，被動式PFC被主動式PFC*取代。主動式PFC采用PFC控制器、開關管、電感和二極管組成升壓電路，具有體積小，輸入電壓范圍寬，功率因數補償效果好的優點。

因此，碳化硅在消費類電源領域的關注度越來越高，并逐漸成為了大功率快充產品的核心競爭力。

三、快充市場碳化硅供應商

充電頭網通過調研了解到，目前市面上可用于大功率USB PD快充電源領域的碳化硅有五家供應商，分別是Alpha Power Solutions創能動力、Global Power泰科天潤、Maplesemi美浦森、SGKS森國科以及PY平偉。

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以下排名不分先后，僅按照品牌首字母排序，方便讀者查閱。

Alpha Power Solutions 創能動力

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Alpha Power Solutions (APS) 成立于2017年，2019年總部由香港遷至上海，是國內率先成功開發出碳化硅6英寸晶圓制造技術的企業，結合專有的關鍵SiC工藝，專注于制造大功率SiC器件。截至目前，公司已開發出三十多種產品，自主擁有發明和應用專利逾30項。現有業界*的量產SiC二極管產品，其最高電壓至3300V，電流最高至50A。

Alpha Power Solutions是國內率先在硅晶圓代工廠成功試產6英寸碳化硅晶圓的公司；國內率先在碳化硅二極管生產上采用Thinning Technology工藝的公司；國內率先擁有自主專利的JBS架構（Buffer JBS）；國內率先在產品性能和品質上向國際廠家看齊的碳化硅器件供應商。

據報道，創能動力推出的碳化硅二極管ACD06PS065G，可用于太陽能逆變器，AC/DC轉換器，DC/DC轉換器和不間斷電源等。值得一提的是，該器件還參與了業界首碳化硅+氮化鎵快充的開發，讓碳化硅正式在消費類電源領域實現商用。

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泰科天潤半導體科技（北京）有限公司是中國碳化硅（SiC）功率器件產業化的倡導者之一。泰科天潤致力于中國半導體功率器件制造產業的發展，并向全球功率器件消費者提供優質的半導體功率器件產品和專業服務。

泰科天潤在北京擁有一座完整的半導體工藝晶圓廠，并在湖南瀏陽建成6英寸碳化硅功率芯片生產線，可在4/6英寸SiC晶圓上實現半導體功率器件的制造工藝。作為國內碳化硅研發生產和平臺服務型公司，泰科天潤的產品線涉及基礎核心技術產品、碳化硅成型產品以及多套行業解決方案。

目前泰科天潤的碳化硅器件650V/2A-100A、1200V/2A-50A、1700V/5A -50A、3300V/0.6A-50A等系列的產品已經投入批量生產，并推出了兩款快充PFC電路專用的碳化硅二極管，產品質量完全可以比肩國際同行業的先進水平。

泰科天潤通過與產業同行、科研院所、國內外專家共同探索與開發，正在將SiC功率器件推廣到更多更廣的應用領域。

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美浦森半導體成立于2014年，是一家集研發、設計、生產、銷售和服務為一體的完整型產業鏈公司，*級高新技術企業,主營功率MOS、中低壓MOS、超結MOS、碳化硅MOS、碳化硅二極管等系列產品。

美浦森半導體專注于設計、開發、測試和銷售基于先進的 Planar VDMOS、Trench MOS、SJMOS、SiC SBD、SiC MOS等工藝結構的功率器件產品。以消費類電子、工業領域、新能源領域等為市場目標，致力成為**的功率元器件公司。

據了解，美浦森推出了PFC電路專用碳化硅二極管，具備650V耐壓和175度的耐溫，目前已經進入MOMAX和REMAX兩大知名配件品牌供應鏈，性能獲得客戶一致認可。

SGKS森國科

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深圳市森國科科技股份有限公司成立于2013 年11 月，屬于無晶圓半導體設計企業。公司總部設在深圳市南山區科技生態園，在深圳、成都設有研發及運營中心。

森國科成立以來，推出了Vision-ADAS（*輔助駕駛）、AI記錄儀、電源系列芯片，在汽車及消費性電子產業得到了廣泛的應用。2018年公司開始投入電機驅動芯片與SiC功率器件的開發，2020年產品已經開始在市場暫露頭角。

森國科在4G記錄儀、ADAS、智能貓眼門鈴等市場提供整體芯片與系統解決方案，為客戶提供一站式服務，為上下游合作伙伴創造更多機會。

PY平偉

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重慶平偉實業股份有限公司是一家集芯片設計、封測、應用與可靠性檢測服務一體化的功率半導體IDM產品公司。公司以功率半導體器件為產業基礎，面向智能終端、工業控制、物聯網、新能源汽車、5G通訊、家電、衛星互聯網、安全電子、綠色照明等市場領域，建立了產品開發、制造和測試平臺，提供高可靠性的中低壓和高壓功率器件、模塊等產品和系統解決方案。

平偉位于重慶市梁平工業園區，專業生產各類半導體器件，包括整流二極管、快恢復二極管、TVS、齊納二極管、肖特基、整流橋、MOSFET、IGBT、同步整流器件、SiC及GaN器件等，占地面積24萬平方米，注冊資金3.5億元，總投資超過15億元。

公司擁有45條封裝生產線和6條中試生產線，建設有自主可控半導體離散型智能制造車間，年產銷各類功率半導體器件200億只，是國內超大的電源配套功率半導體器件綜合供應商。

針對大功率PD快充的PFC整流電路應用，平偉推出了一款碳化硅二極管PASC0665GG，具有零反向恢復/零正向恢復特性、高效運行、切換速度極快、不受溫度影響的開關特性。

四、碳化硅快充案例

憑借其獨特的屬性，碳化硅已經開始在大功率、高密度快充電源中嶄露頭角，獲得眾多快充電源企業青睞。充電頭網通過往期的拆解了解到，目前已有倍思120W快充、MOMAX 100W 快充，以及REMAX 100W快充率先導入了碳化硅技術，從而也讓產品實現了更高的功率密度。

1、Baseus倍思2C1A 120W氮化鎵充電器

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2020年2月25日，倍思推出全球*款氮化鎵+碳化硅 (GaN+SiC) 充電器，并在kickstarter眾籌成功。該產品功率高達120W，并且同樣搭配2C1A多口輸出配置。倍思Galio 120W充電器中使用的氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）是目前最為先進的電子半導體材料，它們具有高頻率特性在高電壓大電流傳輸方面具有優勢，這意味著可以達到更高的效率，更低的發熱量和更小的體積。

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據了解，倍思Galio 120W充電器在PFC整流電路中采用了一顆來自Alpha Power的碳化硅二極管，產品型號：ACD06PS065G；搭配納微氮化鎵功率器件，由安森美PFC控制器進行主動式功率因數校正。

2、MOMAX摩米士100W 2A2C氮化鎵快充充電器

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摩米士100W 2A2C氮化鎵充電器機身方正扁平，配備可折疊插腳，而且從插腳設計來看，還支持組裝其它規格插腳，便攜且適用于各個地區。充電器支持QC、AFC、FCP、SCP、MTK PE+2.0、PD和PPS快充協議，并將兩類接口設計成支持盲插使用，用戶無需刻意尋找快充接口，使用方便。接口支持100W、65W+30W、華為22.5W快充，支持廣泛，實用性強。整個產品集便攜、易用于一身。

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MOMAX這款充電器采用美浦森MSD06065V1碳化硅二極管配合英諾賽科INN650D2氮化鎵開關管以及恩智浦PFC控制器進行主動功率因數校正。據了解，美浦森MSD06065V1是一顆650V耐壓的碳化硅肖特基二極管，TO252封裝。

3、REMAX睿量100W 2A2C氮化鎵快充充電器

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REMAX 100W 2A2C氮化鎵充電器采用白色機身殼，表面啞光處理，整體看去非常簡潔。充電器配有2A2C共4個接口，支持多種常見快充協議，USB-C口和USB-A口分別具備單口最大100W和30W輸出，并支持多口同時快充，可以滿足筆記本電腦、手機、平板、移動電源等多種設別的充電需求。

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充電頭網通過拆解了解到，這款充電器內置PFC升壓電路，采用LLC+GaN高性能架構。PFC升壓部分采用恩智浦控制器，并選擇美浦森MSD04065G1碳化硅二極管以及英諾賽科INN650D2氮化鎵開關管進行整流。美浦森MSD04065G1是一顆650V耐壓的碳化硅肖特基二極管，TO252封裝。

充電頭網總結

在傳統的PD快充電源中，尤其是百瓦級大功率PD快充，效率一直都是電源工程師亟待解決的問題；而為了實現產品可靠性，多數充電器不得不犧牲體積，加入大面積散熱片。這也讓產品變得十分笨重，用戶體驗并不*；直至第三代半導體在消費類電源領域正式商用，這一情況才得以緩解。

在百瓦大功率快充產品中，碳化硅和氮化鎵可謂是最佳拍檔，二者搭配用于電源前級PFC升壓和整流，相對于傳統硅器件，不僅效率提升能得到立桿剪影的效果，而且可以利用其高頻特性縮小升壓電感體積，從而提高產品整體的功率密度。

隨著大功率設備數量的不斷增加，市場對小體積、大功率多口快充的需求也愈發強烈。一方面促進電源架構從常規的QR向高性能的PFC+LLC轉型，另一方面也加深了快充電源對第三代半導體的依賴，碳化硅在消費類電源領域的應用前景更為廣闊。

作為第三代半導體的重要分支，碳化硅在此之前已經在多家廠商中投產，而本次*將第三代半導體列入十四五規劃，這對于碳化硅的發展來說更是一次難得的時代機遇。

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