運用 Wolfspeed 全新 1700 V MOSFET 科技，全面革新輔助電源系統的耐用性與成本效益

低功率的輔助電源系統幾乎存在於馬達驅動器、電動車、快速充電器和再生能源系統中。儘管不如主功率級電路那樣受到許多關注，它仍是確保整體系統穩定運作的關鍵。設計工程師經常面臨多重挑戰，必須在降低成本、提升可靠性與縮小體積之間取得平衡，還要兼顧風險控管與多元供應來源的支援。 

Wolfspeed 最新推出的工業級 C3M0900170x 與通過車規認證（AEC-Q101）的E3M0900170x 碳化矽 MOSFET 系列，進一步提升 20 W - 200 W輔助電源的設計彈性。這類電源系統在再生能源、工業馬達控制與車輛電氣化等快速成長的市場中不可或缺。該系列產品採用 Wolfspeed 穩定可靠的第三代碳化矽技術，並於其業界領先的 200 mm 晶圓廠專屬生產，幫助工程師重新思考低功率輔助電源系統在效能、成本與可靠性之間的取捨。 

除了現有的 TO-247-3 (D) 與 TO-263-7 (J) 封裝外，Wolfspeed 新增了全新一體成型的 TO-3PF (M) 封裝以支援工業應用。此封裝設計藉由消除絕緣導熱介面材料，降低組裝成本與減少封裝不良。此外，TO-3PF (M) 封裝藉由將引腳間最小爬電距離提升至 4.85 mm，並取消外露的汲極焊盤設計，強化在嚴苛環境下的耐用性與可靠性。

提升效能與即插即用相容性 

相較於前一代 C2M 1700 V 系列與同級競品，Wolfspeed 的 C3M 與 E3M 系列碳化矽 MOSFET 技術帶來多項性能提升。其中，柵極電荷從 C2M 系列的 22 nC 大幅降低至新一代 C3M / E3M 系列的僅 10 nC，不僅降低了柵極驅動損耗，也簡化了返馳式轉換器的操作設計。此外，輸出電容也同步減少，使得 E_oss 能量損耗降低約 30%，有效降低開關切換時的損耗。 

在系統層級實現效能提升並不容易，因為設計變更往往需要投入大量時間與資源。Wolfspeed 全新推出的 900 mΩ 碳化矽 MOSFET 系列，可兼容現有多數低功率輔助電源設計，讓工程師快速導入新元件，無需大幅修改設計，發揮其優勢。從封裝來看，DIP TO-247-3 與SMD TO-263-7 封裝都與目前市面上的其他碳化矽或矽元件相容，亦無需更改 PCB 佈局或散熱器安裝方式。 

許多輔助電源會提供 12 - 15 V 的輸出，用於驅動其他控制電路或負載。C3M / E3M 系列可直接利用這個電壓來驅動返馳式轉換器與柵極電壓，無需額外設計輔助繞組或變壓器抽頭來提供之前Gen 2或部分競品所需的 18 至 20 V 驅動電壓。 

市面上許多競爭對手矽與碳化矽 MOSFET 的柵極驅動電壓範圍從 12 V 到 20 V 不等，這對於需要多元來源供應的設計是一大挑戰。所幸，Wolfspeed 的 C3M0900170x 系列可直接支援 12 至 18 V 的 VGS 驅動電壓。由於其內部柵極電阻經過最佳化調校，即使在線路中高達 22 VGS 也能穩定運作。若設計中的柵極電壓超過 18 V，則可透過在外部柵極電路中加入稽納二極體（Zener Diode），將驅動電壓減少在 12 - 18 V 的安全範圍內，無需更動整體架構。

升級矽系統時的效能提升

在此類系統中可使用高壓 (1500 - 2000 V) 矽 MOSFET，但這類電阻值為 1 - 2 Ω 的元件通常在這類系統中可以使用高電壓 (1500 - 2000 V) 的矽 MOSFET，但缺點是這些 1 - 2 Ω 的元件通常價格昂貴，因為單位面積的導通電阻 RDS(ON)  較高，且損耗也較大。作為替代方案，可以採用雙開關返馳式（2-switch flyback）拓撲，選用較低電壓的矽元件。雖然這些元件價格較低，但雙開關拓撲的設計更為複雜，需要更多的元件與空間。

以輔助電源應用來看，碳化矽 MOSFET 非常適合用於這些電壓等級，也能容易實現低導通電阻 R_DS(ON) 。這使得設計人員能夠採用單開關返馳式（single-switch flyback）拓撲，從而省去雙開關設計所需的額外電路與設計複雜度。 

所有應用的設計均考量耐用性

輔助電源廣泛應用於需要長壽命與高可靠性的工業與汽車領域。C3M / E3M 系列元件的接面溫度操作範圍為 -55 至 +175 °C，使其適用於極端溫度環境。C3M0900170D、C3M0900170J 和 E3M0900170D 通過了 THB-80（HV-H3TRB）測試，在此測試中元件需在 85% 濕度與 85 °C 環境下承受 1360 V 的阻斷電壓下穩定運作 1000 小時。 

在討論半導體在各種應用中的耐用性時，須考慮宇宙輻射導致的 FIT（每十億小時失效率）值。Wolfspeed 的 C3M / E3M 系列透過改良的元件設計與晶片尺寸縮小，進一步降低了原本 C2M 系列已經很低的 FIT 值。以大約 1200 V 匯流排返馳式電源為例，若使用 Wolfspeed 第三代元件，在海平面連續運行 10 年後，其 FIT 值相較於前一代降低了 65%。 

加速 SiC 系統開發的設計資源指南

Wolfspeed 在支援工程師設計方面一直是業界的領導者，而全新的 1700 V 元件系列也不例外。為協助您加速全新 C3M / E3M 1700V，900 mΩ系列元件的設計，請參考下方資源。

• CRD-020DD17P-J 參考設計：20 W 60 - 1000 V 輸入參考設計，提供完整設計檔案下載。 
• KIT-CRD-025DD17P-J 評估板：這是一款 25 W、輸入電壓範圍為 60 - 1000 V 的評估板，並附有設計檔案。該評估板採用了與上述參考設計相似的電路，但其佈局更適合在實驗室中進行測試與原型開發。預計將於 2025 年第二季開放購買。」 
• 元件模型：提供 PLECS 與 SPICE 模型下載，可協助在測試前進行模擬。 
• 產品樣品：您可以透過我們的網站申請樣品，開始您的設計，或將其導入現有產品中，以評估其效能。 
• 電源應用論壇：加入我們的技術社群，向碳化矽專家提問，無論您在設計中遇到任何問題或挑戰。