【導讀】數字加密貨幣通過特定的計算過程生成，俗稱“挖礦”。“挖礦”特別考驗算力與功耗，單位功耗下算力越高，則代表“挖礦”能力越強

，雖然礦機芯片廠商在不遺餘力地提升算力
，但由於挖礦規模不斷擴大，其消耗的總電量相當驚人且在持續增長。

據CryptoMonday估算，單筆比特幣交易
，大約消耗2,165度電，而據劍橋大學2021年初估算，整個加密貨幣運行的年耗電量已經超過阿根廷、荷蘭和阿聯酋等國家，並且已經逼近挪威。

圖1：加密貨幣耗電量

（圖源：劍橋大學）

所以
，無論是對比特幣玩家，還是對整個加密貨幣產業而言，耗電始終是人們最關心的指標之一。在提升礦機電源係統效率的過程中
，SiC（碳化矽）是一項具有代表性的技術
，讓礦機持續向著更高功率密度進發。在此，我們將為大家解讀SiC技術在礦機電源係統中的重要作用，以及貿澤電子平台在售的具有出色性能的SiC元器件。

用電效率決定“挖礦”收益

如上麵數據所示
，礦機的耗能是非常巨大的，這也引起了業界的重視
，開始著力提升礦機電源效率和穩定性，隨之誕生了許多新的技術、產品和拓撲結構等。

擁有一款好的電源對礦機本身的穩定運行來說至關重要，無論是基於顯卡、FPGA
，還是基於ASIC實現的礦機
，都采用極度壓榨性能的方式運轉
，並且是長期運轉。因此，“挖礦”會(hui)消(xiao)耗(hao)大(da)量(liang)的(de)電(dian)能(neng)，對(dui)礦(kuang)機(ji)穩(wen)定(ding)性(xing)也(ye)要(yao)求(qiu)極(ji)高(gao)。一(yi)款(kuan)好(hao)的(de)礦(kuang)機(ji)電(dian)源(yuan)不(bu)僅(jin)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)礦(kuang)機(ji)運(yun)轉(zhuan)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)功(gong)率(lv)，並(bing)且(qie)由(you)於(yu)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)更(geng)高(gao)，還(hai)能(neng)讓(rang)“挖礦”相對省電，而良好的電源品質則是礦機持續穩定輸出的前提。

duiyukuangjideshiyongzheeryan，suirantamenkenengbingbuguanzhuxiangguanjishudechuangxin，danzhexiequehetamenguanxindechengbenheshouyizhijieguagou。kuangjidianyuandewendingxingyifangmianhekuangjishoumingzhijieguagou
，lingyifangmianheshiyongzhedeshouyiwendingxingjinmixianglian，zhongyaoxingyejiububiduoshuo。erzhongsuozhouzhi，zai“挖礦”成本方麵，礦機使用者最大的成本並不是采購礦機而是電費
，以某品牌礦機為例，其算力為13.5T
，功耗是1.4kW，礦機在二十四小時運行的情況下耗能是1.4kW*24=33.6度
，單看並不驚人，但是要知道一個礦場少則擁有礦機數千台
，多則數十萬台。因此，如果能夠提升礦機電源效率，能夠給“挖礦”人員節省很大一筆費用。

為了追求“挖礦”收益的最大化，產業界從兩方麵著手提升礦機的用電效率。

一
、提高挖礦芯片的算力/功率比

yejiushishuo
，rangkuangjixiaohaodediannengjinkenengduodichanshengsuanli，jinerzaidanweishijianneiwachugengduodebitebi。buguo，suanlitishengbingbushiyijianjiandandeshiqing，shejidaojisuanxinpianpinlv、帶寬、顯存等多個方麵，往往需要借助比較先進的代工工藝
，因此芯片成本不菲，總成本和投入產出比方麵會存在巨大的挑戰。

二、提升礦機主板電源效率

礦機電源並不是某一顆芯片，而是一個係統
，因而可以借助技術創新
、拓tuo撲pu創chuang新xin和he產chan品pin創chuang新xin等deng多duo方fang麵mian進jin行xing調tiao優you。礦kuang機ji電dian源yuan優you化hua的de方fang向xiang主zhu要yao有you兩liang點dian
，提ti升sheng功gong率lv以yi適shi配pei更geng高gao性xing能neng的de算suan力li係xi統tong，以yi及ji提ti升sheng電dian源yuan轉zhuan化hua效xiao率lv
，在zai保bao證zheng高gao算suan力li輸shu出chu的de同tong時shi還hai能neng夠gou相xiang對dui省sheng電dian。當dang然ran，為wei了le減jian少shao係xi統tong維wei護hu的de頻pin率lv和he成cheng本ben，也ye會hui在zai欠qian壓ya
、短路、過載
、過溫保護等方麵持續改進
，增強係統的穩定性。

womenhuifaxian，zhuliudekuangkagongsizaifabuxinpindeshihou
，dadouhuigengxinzijidedianyuanzhubanhuozhedianyuanmokuai。duiyuhouzheeryan
，caiyonggaoxingnenggonglvqijianshigaishankuangjizhubandianyuanxiaolvdezhuyaofangfa
，erzheqiaqiashiwomenjintiantanlundezhujiao——SiC器件的強項。

SiC可提升礦機電源效率與可靠性

作為半導體材料


，SiC具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優勢，這便給SiC器qi件jian帶dai來lai了le諸zhu多duo特te征zheng參can數shu方fang麵mian的de提ti升sheng
，比bi如ru更geng低di的de開kai關guan損sun耗hao和he導dao通tong損sun耗hao，更geng高gao的de耐nai壓ya容rong量liang
，更geng高gao的de工gong作zuo頻pin率lv，更geng高gao的de工gong作zuo溫wen度du，更geng高gao的de功gong率lv密mi度du等deng等deng，而er這zhe些xie都dou是shi提ti升sheng礦kuang機ji電dian源yuan功gong率lv以yi及ji電dian能neng轉zhuan化hua效xiao率lv的de好hao辦ban法fa。

在提升電源功率方麵，我們已經講過，SiC是能夠承受高電壓和大電流的新型半導體，因此對於功率提升是其天然的優勢，能給礦機電源帶來積極的變化。同時
，由於SiC器件相較於傳統的Si器qi件jian擁yong有you更geng低di的de開kai關guan損sun耗hao和he導dao通tong損sun耗hao，因yin此ci能neng夠gou顯xian著zhu減jian少shao係xi統tong中zhong的de散san熱re器qi件jian，並bing借jie助zhu創chuang新xin拓tuo撲pu減jian小xiao電dian容rong等deng無wu源yuan器qi件jian的de尺chi寸cun，實shi現xian更geng高gao的de功gong率lv密mi度du。

在提升電能轉化效率方麵
，SiC器件具有非常低的導通電阻，那麼開發人員就能夠借此實現更高的開關頻率
，實現更高的效率水平。對於傳統的Si器qi件jian而er言yan，想xiang要yao實shi現xian更geng高gao的de效xiao率lv水shui平ping
，係xi統tong設she計ji的de難nan度du會hui成cheng倍bei增zeng加jia，並bing且qie往wang往wang最zui終zhong量liang產chan的de功gong率lv芯xin片pian麵mian積ji會hui較jiao大da。而er我wo們men都dou知zhi道dao，功gong率lv芯xin片pian的de價jia格ge通tong常chang與yu總zong芯xin片pian麵mian積ji成cheng正zheng比bi，因yin此ci產chan品pin吸xi引yin力li會hui大da大da下xia降jiang。

除了我們最為關注的功率和效率，實際上在具體電路中，SiC器件相較傳統Si器件在熱擊穿
、電壓/電力浪湧保護等方麵都表現的更出色，這也就意味著SiCqijiannenggougeidianyuanxitongdailaigenggaodewendingxing。wuyi，zhexiedoushikuangjidianyuanpoqiexuyaode。congkuangjidianyuandelishifazhanguijilaikan，muqianyijingzouguolexiaogonglvhecuguangdagonglvshidai
，quanmianjinrugaodudingzhidejingxihuadagonglvshidai。zaiciguochengzhong
，SiC器件能夠幫助礦機在效率
、可靠性和熱管理等方麵帶來巨大的提升。

接下來，我們推薦幾款貿澤電子在售的SiC器件，這些器件將對上述提到的優勢進行近乎完美的詮釋，幫助礦機電源應對越來越高的用電要求
，讓“挖礦”更加高效節能。

基於獨特共源共柵電路配置的SiC FET

在眾多的SiC器件中，SiC FET通常會被認為是一種接近理想的開關方案，通過采用共源共柵結構
，在性能表征（FoM）方麵取得了好的效果


，甚至是超越了同陣營的SiC MOSFET，如下圖2所示。

圖2：SiC FET和SiC MOSFET的性能表征比較

（圖源：UnitedSiC）

接下來
，我們將為大家帶來兩款SiC FET產品的相關信息，它們均來自製造商UnitedSiC（已被Qorvo收購），首先第一款器件的物料號為UJ4C075060K3S
，大家可以搜索此編號在貿澤電子平台上快速找到這款器件。

圖3：UJ4C075060K3S

（圖源：UnitedSiC）

UJ4C075060K3S是UnitedSiC係列第四代750V SiC FET產品，基於獨特的共源共柵電路配置打造

，擁有諸多優秀的性能。如上圖所示，這些性能表征的改善即便是與同為SiC器件的SiC MOSFET相比都是顯而易見的，我們在此進行一下更詳細的解讀。

在RDS(on)方麵
，UJ4C075060K3S提供60mΩ超低RDS(on)，並且單位麵積通態電阻更低
，本征電容也很低；降低了Coss(er)/Eoss和Coss(tr)；改善Qrr和Eon/Eoff在指定RDS(on)下的損耗。因而


，在硬開關應用中，UnitedSiC第4代FET表現出超低的RDS(on)x EOSS，從而降低了導通和關斷損耗。

圖4：UJ4C075060K3S典型靜態性能

（圖源：UnitedSiC）

在產品使用方麵
，UJ4C075060K3S可用標準0V至12V或15V柵極驅動電壓安全驅動，與所有Si IGBT、Si FET和SiC FET驅動電壓一樣，因此能夠持“直接替代”現有的Si IGBT、Si FET、SiC FET或Si超級結器件
，從而顯著提高係統性能，而無需改變柵極驅動電壓。此外，UJ4C075060K3S的優秀性能還包括出色的反向恢複、優秀的體二極管性能、低柵極電荷以及ESD保護等。

我們要為大家推薦的第二款器件同樣屬於UnitedSiC第四代750V SiC FET產品係列
，和UJ4C075060K3S的區別在於封裝。UnitedSiC UJ4C係列第四代750V SiC FET采用三引線TO-247-3L封裝的產品便是UJ4C075060K3S，此外還有四引線TO-247-4封裝，也就是UJ4C075060K4S（該產品在貿澤電子平台的物料號）。

圖5：UJ4C075060K4S

（圖源：UnitedSiC）

上述性能優勢，UJ4C075060K4S全部都具備。當然，由於采用四引線TO-247-4封裝，UJ4C075060K4S也有與UJ4C075060K3S不同的地方。通過開爾文源極設計
，UJ4C075060K4S顯著降低了開關損耗和柵極振鈴。同時，TO-247-4封裝相較於TO-247-3L封feng裝zhuang，不bu僅jin可ke以yi簡jian化hua驅qu動dong設she計ji，而er且qie還hai消xiao除chu了le柵zha極ji驅qu動dong回hui路lu中zhong源yuan極ji的de封feng裝zhuang電dian感gan部bu分fen，縮suo短duan驅qu動dong路lu徑jing，減jian小xiao雜za散san參can數shu，加jia強qiang驅qu動dong設she計ji的de可ke靠kao性xing。

下麵我們看一下UnitedSiC UJ4C係列第四代750V SiC FET麵向的應用領域。除了可用於礦機電源係統，第四代750V SiC FET在工業充電、電信整流器
、數據中心PFC直流轉換
、可再生能源和儲能應用中具有廣泛的應用前景。需要特別指出的是，第四代750V SiC FET符合AEC-Q101標準，也能夠加速寬帶隙器件在汽車充電領域的快速發展。

對軟開關設計進行優化的UJ3C SiC FET

在介紹UnitedSiC UJ4C係列第四代750V SiC FET時
，我們談到了SiC FET器件在性能方麵的一些優勢，尤其是性能表征方麵

，此章節我們將對此進行更進一步的彙總。得益於獨特的共源共柵結構，與包括SiC MOSFET、Si MOSFET和GaN HEMT在內的其他可用功率晶體管相比

，SiC FET在導通狀態和熱特性、開關特性
、雪崩和短路特性
、並聯工作特性等方麵均具有明顯的優勢。上麵我們已經提到了開關、導通、短路相關方麵的一些表現，接下來我們展開解讀一下雪崩和並聯工作特性。

在雪崩特性方麵

，UnitedSiC推送的技術內容中，有過專門的性能測試。如下圖6所示，這是UnitedSiC的UF3SC120009K4S在兩種情況下的典型雪崩特性
，我們能夠看到，右側圖片上，在較短的電感尖峰下
，UF3SC120009K4S的峰值雪崩電流處理能力超過200A，展現出SiC FET對雪崩電流具有極強的吸收能力。

圖6：UF3SC120009K4S典型的雪崩特性

（圖源：UnitedSiC）

在並聯工作特性方麵，UnitedSiC同樣是基於UF3SC120009K4S進行了性能展示，在此該公司特別指出，SiC FET由於RDS（ON）的正溫度係數，加之開關特性實際上是由SiC JFET而不是低電壓MOSFET控製，因此導通狀態電流能夠達到平衡。如下圖7所示
，在開關打開和關閉期間，兩個UF3SC120009K4S器件在VGS = +15/-5V時以60A（總共120A）的電流並聯開關，每個柵極使用15Ω RG
，在柵極返回路徑為1Ω。在高速開關條件實現了出色的共享。

圖7：UF3SC120009K4S並聯工作特性

（圖源：UnitedSiC）

在較為全麵為大家解讀SiC FET器件的性能優勢之後
，我們為大家推薦UnitedSiC另一個SiC FET器件係列——UJ3C SiC FET。係列中的一款產品在貿澤電子平台的物料號為UJ3C065080K3S。

圖8：UJ3C065080K3S

（圖源：UnitedSiC）

除了獨特的共源共柵結構帶來的性能優勢，UJ3C065080K3S還針對軟開關設計進行了優化，以實現MOSFET正常關閉操作
、高性能體二極管、便捷門驅動與SiC JFET的效率、速度和高額定溫度值的理想組合，進而提供了更高的開關頻率，在保證效率、減少無源組件尺寸和成本的情況下
，獲得更好的係統收益。

除了采用TO-247-3L封裝形式的UJ3C065080K3S
，UnitedSiC UJ3C SiC FET還提供工業標準D2PAK-3L
、TO-220-3L封裝
，為光伏逆變器
、開關電源、功率因數校正模塊
、馬達驅動器、感應加熱等應用賦能。此外，各類型封裝UnitedSiC UJ3C SiC FET產品中的絕大多數都滿足AEC-Q101標準
，適合於汽車相關應用。如果大家對UJ3C SiC FET係列中的其他產品感興趣，可以通過UJ3C065080K3S的器件詳情頁快速找到它們。

可直連礦機負載板的交流-直流前端電源

對於高性能、高(gao)可(ke)靠(kao)計(ji)算(suan)設(she)備(bei)，以(yi)及(ji)很(hen)多(duo)網(wang)絡(luo)交(jiao)換(huan)設(she)備(bei)而(er)言(yan)，它(ta)們(men)一(yi)般(ban)都(dou)需(xu)要(yao)穩(wen)定(ding)的(de)單(dan)向(xiang)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)為(wei)其(qi)供(gong)電(dian)，不(bu)過(guo)電(dian)網(wang)傳(chuan)輸(shu)過(guo)來(lai)的(de)電(dian)能(neng)很(hen)多(duo)都(dou)屬(shu)於(yu)交(jiao)流(liu)電(dian)，因(yin)此(ci)交(jiao)流(liu)-直流前端電源便成為一種必需品。接下來，我們為大家推薦的便是一款可直連礦機負載板的交流-直流前端電源，來自製造商Bel Power Solutions，貿澤電子平台上


，該器件的物料號為PET2000-NAS446。

圖9：PET2000-NAS446

（圖源：Bel Power Solutions）

PET2000-NAS446是2,000W交流-直流、功率因數校正（PFC）電源，可將標準交流電源轉換成12VDC主輸出。在產品設計上
，PET2000-NAS446采用全數字控製架構，以提高效率、控製和功能，並擁有出色的性能
，包括優異的80 PLUS白金級效率、2,000W連續輸出功率能力
、不間斷12V待機輸出、帶PFC功能的交流輸入以及高密度設計等。PET2000-NAS446包含四根450mm長的電纜以及20引腳連接器
，其中四個連接器設計用於直接連接到各個采礦負載板。

圖10：PET2000-NAS446係統框圖

（圖源：Bel Power Solutions）

圖11：PET2000-NAS446高效率表現

（圖源：Bel Power Solutions）

PET2000-NAS446電源符合國際安全標準
，帶有歐洲低電壓指令（LVD）的CE標記。除了可以用於加密貨幣挖礦，也能夠為區塊鏈應用、網絡交換機、服務器和路由器等應用帶來高效穩定能量供應。

效率與可靠性是電源產品的永久追求

考慮到可持續發展，目前全球主要國家和地區對電源品質要求越來越嚴格，高能耗
、低di品pin質zhi的de電dian源yuan產chan品pin將jiang逐zhu步bu被bei淘tao汰tai。在zai此ci過guo程cheng中zhong，數shu字zi加jia密mi貨huo幣bi產chan業ye需xu要yao抑yi製zhi功gong耗hao隨sui著zhe市shi場chang規gui模mo擴kuo大da的de趨qu勢shi
，這zhe離li不bu開kai電dian源yuan技ji術shu優you化hua。貿mao澤ze電dian子zi為wei工gong程cheng師shi提ti供gong了le開kai發fa礦kuang機ji電dian源yuan所suo需xu的de充chong足zu元yuan器qi件jian與yu技ji術shu資zi料liao和he教jiao程cheng，在zai貿mao澤ze電dian子zi官guan網wang可ke一yi站zhan式shi實shi現xian高gao效xiao率lv礦kuang機ji電dian源yuan開kai發fa。

來源：Mouser

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