GaN近年來非常火,，不少人也有體驗到了GaN 充電器充電器帶來的便利,，充電更快了,、設(shè)備更輕薄了。如今越來越多的領(lǐng)域需要半導(dǎo)體能夠耐高溫,、擁有更強輻射,、更大功率，越來越高的要求使得GaN成為新一代電子信息技術(shù)革命中的關(guān)鍵一環(huán),。
近日,，德州儀器（TI）推出了首款帶集成驅(qū)動器、內(nèi)部保護和有源電源管理的650V和600V GaN FET,，分別面向汽車和工業(yè)應(yīng)用,，與現(xiàn)有解決方案相比，可提供兩倍的功率密度和高達99％的效率,，并將電源磁性器件的尺寸減少59％,。
GaN讓電源管理更優(yōu)秀
針對實際應(yīng)用需求，TI總結(jié)了在電源管理上五個最具有挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域：功率密度,、低EMI,、低靜態(tài)電流、低噪聲高精確度和隔離,。
在汽車和工廠領(lǐng)域的應(yīng)用,，亦或是在更智能、更小巧的消費品中,，電源管理無處不在,。TI 的GaN所關(guān)注的是如何提供并在應(yīng)用中達到更高的功率密度,。傳統(tǒng)解決方案通常要在低成本,、高可靠性、小體積以及優(yōu)秀的系統(tǒng)性方面有所取舍,。得益于GaN的優(yōu)質(zhì)特性,，TI GaN可以同時滿足所有這些優(yōu)秀的表現(xiàn),。
德州儀器高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部氮化鎵功率器件產(chǎn)品線經(jīng)理Steve Tom先生介紹道：“TI對GaN采取的是硅基氮化鎵，將驅(qū)動集成在了硅基層上,，這使得我們可以提供更可靠,、更具成本優(yōu)勢、更加實用的GaN解決方案,?！?/p>
為什么選擇硅基氮化鎵，而不是GaN-on-SiC（碳化硅基氮化鎵）,？ “TI的硅基氮化鎵集成了驅(qū)動,，我們的驅(qū)動是基于硅的，硅基氮化鎵使得我們可以更好地集成,，同時成本更低,。” 德州儀器高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部應(yīng)用工程師張奕馳先生解釋道,。
Steve Tom補充道：“除了可以降低成本,，選擇硅基氮化鎵，還可以進行非常大規(guī)模和可靠的生產(chǎn),，因為TI對于硅可以進行大規(guī)模的生產(chǎn),。”
而一些友商發(fā)布了600~650V的SiC,，TI為什么選擇GaN,？張奕馳表示， TI在硅基GaN的成本比SiC低很多,，并且GaN對比SiC有更好的開關(guān)特性,，以達到更高的效率。此外,，開關(guān)速度可以更快,，使得整體的設(shè)計開關(guān)速度更高，尺寸更小,。
TI下一代集成GaN FET
TI GaN發(fā)展線路圖
TI從十年前就開始研發(fā)GaN,，并與工業(yè)上伙伴緊密合作，同時也在氮化鎵上完成了超過4000萬小時的可靠性測試,。
TI首個汽車等級的GaN展現(xiàn)了其在質(zhì)量,、可靠性和成本上的獨特優(yōu)勢?！暗靡嬗赥I GaN集成的一些優(yōu)勢,，我們可以將功率密度增加到非常大，能夠提供大于150 V /ns和大于2.2 MHz的業(yè)界更快的切換速度,。高壓擺率和高切換速度能夠更大限度地減少電路中的磁元件,，通過集成可以將功率磁元件體積減少59%,，以及減少十多個組件需求?！?Steve Tom介紹道,。
集成的驅(qū)動就像芯片的大腦一樣，可以提供一些額外的功能,，如TI的智能死區(qū)自適應(yīng)功能,，可以減少設(shè)備在死區(qū)的時間，從而將PFC中第三項象限損耗降低66%,。
封裝技術(shù)同樣重要,，TI采用的超冷卻封裝是極具創(chuàng)新性的12×12 QFN封裝，對比其他水平接近的友商,，能夠減少23%的熱阻抗,。
TI的GaN經(jīng)過了長達4000萬小時的可靠性測試，可以被應(yīng)用在對可靠性要求非常高的汽車和工業(yè)領(lǐng)域,。Steve Tom介紹,，TI GaN有專門的可靠性實驗室，針對硬開和軟開的情況都會進行非常多的可靠性測試,。在硬開的時候可以將功率等級在4000W以上,，進行一周7×24小時的測試，并且在測試的同時進行數(shù)據(jù)采集,，來判斷以及分析GaN的可靠性,。
同樣，在浪涌方面也進行了很多測試,。TI的設(shè)備可以承受高于720V的浪涌,，在過壓的時候也可以非常順利地進行開關(guān)。
650 V GaN FET為汽車減重
在電動汽車方面,，消費者的需求是車輛充電更快,、續(xù)航里程更遠。而工程師則需要在不影響汽車性能的同時,，設(shè)計出更緊湊,、輕便的汽車系統(tǒng)。
LMG3525R030-Q1是650 V汽車GaN FET,，具有集成驅(qū)動器和保護功能,。
對于轉(zhuǎn)換器來說，通過使用GaN可以提升汽車的充電速度及駕駛里程,。此外,，車載充電器可以得到更高的效率和更輕的重量。得益于高達2.2 MHz的切換頻率和集成驅(qū)動所發(fā)揮的優(yōu)勢,，與現(xiàn)有的硅基和SiC方案相比,，該產(chǎn)品可以減小車載充電器50%的體積,。此外,，集成驅(qū)動對比離散的解決方案,，擁有更加高速的切換頻率以及更大的壓擺率。
TI預(yù)測這些優(yōu)勢可以為汽車帶來更快的充電時間,、更高的可靠性以及更低的成本,，這些可以在系統(tǒng)長期穩(wěn)定性、可靠性方面為汽車解決方案提供很大的優(yōu)勢,。
根據(jù)客戶的要求,，TI還可以提供所需要的評估板和支持資料。
650 V 600 V GaN FET功率密度翻倍
LMG3425R030針對工業(yè)方面,，在5G,、電信、服務(wù)器等領(lǐng)域電源的AC/DC轉(zhuǎn)換中有非常廣泛的應(yīng)用,。例如,，充電樁應(yīng)用可以使用這款工業(yè)級產(chǎn)品。這款元器件的優(yōu)勢在于功率密度的加倍,，并能實現(xiàn)99%的效率,，在類似于圖騰柱PFC中可以廣泛的應(yīng)用。
在傳統(tǒng)應(yīng)用中,，通常在高效率,、功率密度以及低成本中必須要有所取舍。但是,，GaN可以達到99%的效率,，同時也可以在成本方面非常具有競爭力。
集成化設(shè)計可以進行熱監(jiān)測,，在過溫時進行保護,，同樣在集成驅(qū)動中也可以監(jiān)測電流；在過流或者短路時,，TI GaN FET可以啟動自我保護,。
這款產(chǎn)品同樣推出了評估板，集成了兩個FET在一個半橋模式下,，這款產(chǎn)品是從底部進行冷卻,，可獲取高達4000W的效率。同樣配置有插座式外部連接,，可輕松與外部功率級連接,，可以非常方便地設(shè)計在現(xiàn)有的產(chǎn)品中。
智能死區(qū)自適應(yīng)是TI集成的一個全新功能,，通過智能死區(qū)自適應(yīng),，GaN可以根據(jù)負載電流自動調(diào)節(jié)死區(qū)時間,，負載電流越大，所需要的死區(qū)時間就越短,，實現(xiàn)效率最大化,。
針對工業(yè)和汽車領(lǐng)域的兩款產(chǎn)品有何不同？Steve Tom表示,，第一,，兩者所需要通過的標準不一樣；第二,，工業(yè)領(lǐng)域采用600V GaN,，汽車領(lǐng)域采用650V GaN，因為在汽車應(yīng)用所需要的母線電壓會更高,；第三,，一個是頂部散熱，一個是底部散熱,，汽車頂部散熱提供了更多可能性,，可以讓客戶通過散熱板、水冷和其他散熱方式更高效地進行散熱,。
GaN在2016年推出后已被應(yīng)用在越來越多應(yīng)用里,，如最近的5G基站應(yīng)用以及快充電源應(yīng)用等。GaN因其良好的開關(guān)特性以及非常高的壓擺率,，日后可被應(yīng)用于精密測試儀器領(lǐng)域中,。TI在硅方面有很大的生產(chǎn)優(yōu)勢，并且TI自己內(nèi)部控制所有的供應(yīng)鏈以及生產(chǎn),，據(jù)悉現(xiàn)有工廠正在往更大尺寸的晶圓方向發(fā)展,，因此未來量產(chǎn)后TI可以進一步將GaN的價格降到很低，擁有更大的價格優(yōu)勢,。