DSEは世界中の顧客にサービスを提供しているため、充電器の入力はユニバーサルAC入力で、内蔵のスイッチドモード電源(SMPS)によって400V DCに昇圧しています。今回の450W充電器では、SMPSのスイッチング周波数を70kHzと高めに設定することで、従来品よりも効率を高めつつ、外付け部品の小型化を実現しました。従来のシリコンMOSFETはこの周波数に対応していますが、スイッチングノイズの発生量が多いため、EMC規制に対応するためにはさらなるノイズ低減が必要となります。また、DSEのエンジニアがテストした最初のMOSFETは、大型のスナバ回路と大型ヒートシンクを必要とし、サイズとBOMコストの両方が増大していました。

これらの最初のシリコンベースのプロトタイプで実証された 94% の効率を改善し、ノイズ、サイズ、および BOM コストの課題に取り組むために、チームは MOSFET を Qorvo の SiCカスコードに置き換えました。

SiCカスコードは、主な通電デバイスとしてのSiC高電圧JFETと、制御信号がローのときにSiCデバイスをオフに保持し、制御がハイになるとオンにする低電圧の従来型MOSFETを組み合わせたものです。このようにして、電源設計者は、従来のMOSFETのゲート制御電圧とドライバー回路を使用しながら、通常ONのSiC JFETの本質的に高い効率の恩恵を受けることができます。

優れたSiCスイッチング特性(高速かつ低ノイズ)により、効率が96%にまで向上し、ヒートシンクの必要性がなくなり、EMC対策も簡素化されました。また、受動部品のサイズとコスト、PCBのコストも削減されました。では、シリコンからSiCに変更するだけで、その性能向上のカギは何なのでしょうか。最も影響力のあるパラメーターの1つは、デバイスの出力容量であるCossです。カスコードのCossは、同等のMOSFETよりもはるかに低いため、ゲート信号に応じて出力を素早く変化させることができます。実際、DSEのエンジニアは、MOSFETの出力が追いつくようにするために、ゲート抵抗を使ってスイッチング信号を遅くしなければなりませんでした。これに対し、SiCデバイスは問題なく高速駆動が可能でした。

さらに、Cossはオン抵抗であるRDS(ON)と組み合わせて、パワースイッチの重要なFOMを定義しています。DSEの充電器に採用されたUCC0650K SiCカスコードは、典型的なRDS(ON)が34～45mΩの範囲であるのに対し、同等のシリコンMOSFETではRDS(ON)は80mΩ程度になります。さらに、RDS(ON)の温度係数はSiCデバイスの方がはるかに安定しており、今回のUJC0650KはDSEが評価したMOSFETよりも約30%優れた安定性を示しました。また、同等の窒化ガリウム(GaN)デバイスよりも安定しており、GaNでの代替とは異なり、SiCカスコードは容易に入手でき、より競争力のある価格で、業界標準のパワーパッケージで入手できます。

DSEの次世代の高効率・低ノイズバッテリー充電器の生産が開始されました。設計チームは現在、将来的にすべての新しいDSEバッテリー充電器のために、QorvoのSiCカスコードの最新の表面実装バージョンでデザインすることを検討しています。