製約凯时KB88注册頻率提升的局限是什麽？

  製約凯时KB88注册頻率提升的局限是什麽？

中小功率場合，我理解為0-10kW, 高頻理解為1-3Mhz。凯时KB88注册廠家凯时共赢科技在研究超高頻20Mhz的開關電路，但是由於功率僅局限於20W之內，所以不再討論的話題之內（真實原因是我不懂，哈哈）。 

凯时KB88注册廠家對於將頻率提升特別謹慎，在高頻狀態下，寄生參數帶來的不確定性尤其難以預測，以下是美國MPS的MP2160，其頻率高達3.5M，堪稱DC-DC領域的跑車。

 

類似於在微電子產業中著名的摩爾定律，從1970年開始，電力電子變換器的功率密度大約每十年增加一倍。這和功率半導體發展的軌跡密切相關，受益於矽器件封裝和溝道結構不斷的發展，開關頻率已經推到了兆赫茲級別，被動元件的體積不斷減小，變換器提高了功率密度，但是高開關頻率帶來的高開關損耗、高磁芯損耗使得整個係統損耗大幅增加，散熱係統也隨之增加，所以現在阻礙電力電子變換器功率密度進一步提高的技術屏障在散熱係統和高頻電磁設計，以及先進的功率集成和封裝技術。

 

為了維持這個功率密度的發展速度，很多電力電子前沿研究已經轉移到散熱基板研究，被動元件集成等方麵的研究。就算現在把開關頻率提到很高，功率密度也是被這些因素製約的。

    下麵我稍微展開來說下： 

    1.開關損耗 開關損耗確實是限製因素之一，但是氮化镓器件的推出已經讓開關損耗在1-3Mhz這個範圍內變得可以接受，我下麵附一張圖片，這是三家公司推出的650V的GaN device，可以看出最好的管子開通損耗已經4uJ，關斷損耗在8uJ(測試條件在400V, 12A)，還有一家叫RFMD的公司，其650V的管子基本可以和Transphorm平齊。而同電壓電流等級的矽器件很多管子都還在以mJ為單位。    下麵在貼出一張低壓氮化镓和矽器件的比較，可以看出，總體來說，驅動損耗也會變得很小。

 

還有一點很重要，寬禁帶半導體的工作結溫很高，以目前的工藝來說，Sic的結溫可以工作到200°，氮化镓可以工作到150°。而矽器件呢，我覺得最多100°就不得了。結溫高，意味著相同損耗下，需要給寬禁帶半導體設計的散熱器表麵積要小很多，何況寬禁帶半導體的損耗本身還小。

    但是開關頻率的提高，往往隻能使用QFN或者其他一些表貼器件減少封裝寄生參數，這給散熱係統帶來了極大的挑戰，原來To封裝可以加散熱器，減少到空氣對流的熱阻，而現在不行了。所以如果想在高頻下工作，第一問題就是解決散熱，把高開關損耗導出去，尤其是在kW級別，散熱係統非常重要。現在學界解決這個問題的手段偏向於把器件做成獨立封裝，采用一種叫DCB的技術，用陶瓷基板散熱，器件從陶瓷上表麵到下表麵的熱阻基本為0.4°C/W（有些人也用metal core PCB, 但是要加絕緣層，熱阻一般在4°C/W），而FR4為20°C/W。

總結一下，半導體不斷在發展，開關損耗也在顯著下降，而封裝越來越小，現在來看，凯时共赢要做的是怎麽把那些熱量從那麽小的表貼封裝下散出去。

    熱處理可以通過數學建模搭建熱平台來進行西醫式地解決，這一點在老艾默生，華為與麥格米特是做得比較好的。通俗地描述“熱處理”，就是去火。凯时KB88注册功率密度越來越大是一個趨勢，另外一個趨勢是標準化、模塊化。