隨著半導(dǎo)體技術(shù)的提升，人們逐漸將目標(biāo)轉(zhuǎn)向了尋找Si以外新一代的半導(dǎo)體材料。在這個(gè)過(guò)程中，GaN近年來(lái)作為一個(gè)高頻詞匯，進(jìn)入了人們的視野。
GaN和SiC同屬于第三代高大禁帶寬度的半導(dǎo)體材料的代表，由于禁帶寬度大、導(dǎo)熱率高等特性，利用GaN人們可以獲得具有更大帶寬、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小的半導(dǎo)體器件，因此其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
近日，德州儀器（TI）推出其首款帶集成驅(qū)動(dòng)器、內(nèi)部保護(hù)和有源電源管理的GaN FET，分別面向車用充電器和工業(yè)電源，可以實(shí)現(xiàn)2倍的功率密度和高達(dá)99%的效率，并將電動(dòng)汽車充電器中的電源磁性器件尺寸和車載充電器尺寸分別縮小了59%和50%。
此次TI帶來(lái)了首個(gè)汽車級(jí)的LMG3525R030-Q1，一款650V GaN FET，具有集成驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)功能。與現(xiàn)有的Si或SiC解決方案相比，使用TI的新型車用GaN FET可將電動(dòng)汽車（EV）車載充電器和DC/DC轉(zhuǎn)換器的尺寸減少多達(dá)50％，從而使工程師能夠延長(zhǎng)電池續(xù)航，提高系統(tǒng)可靠性并降低設(shè)計(jì)成本。
據(jù)TI高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部應(yīng)用工程師張奕馳介紹，這款產(chǎn)品是基于預(yù)測(cè)汽車未來(lái)市場(chǎng)所推出的，利用GaN技術(shù)可為汽車帶來(lái)更快的充電時(shí)間、更高的可靠性和更低的成本。
TI同時(shí)推出600V工業(yè)GaN FET LMG3425R030，一款功率密度加倍，且所需器件更少的600V工業(yè)級(jí)GaN FET，可在更低功耗和更小電路板空間占用的情況下，在AC/DC電力輸送應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更高的效率和功率密度。這款產(chǎn)品在工業(yè)中擁有廣泛的應(yīng)用，如充電樁、5G、電信、服務(wù)器等。
據(jù)張奕馳介紹，該款產(chǎn)品集成了全新的智能死區(qū)自適應(yīng)功能，GaN可以根據(jù)負(fù)載電流自動(dòng)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)效率最大化。
得益于TI GaN集成的優(yōu)勢(shì)，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)界更快切換速度。高壓擺率和高切換速度能夠?qū)㈦娐分械拇旁䴗p少的更小，通過(guò)集成可以將功率磁元件體積減少59%，以及減少十多個(gè)組件需求。
工業(yè)和汽車用GaN FET兩者有何區(qū)別？
據(jù)張奕馳介紹稱，工業(yè)級(jí)和汽車用GaN FET所要通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)是不同的。再者，兩者之間最大的區(qū)別是，工業(yè)是600V的GaN，而汽車用GaN是650V。主要因?yàn)樵谄嚪矫嬗行⿷?yīng)用所需要的母線電壓會(huì)更高。另一個(gè)非常重要的區(qū)別，是汽車是頂部散熱，工業(yè)是底部散熱。汽車頂部散熱就提供了更多可能性，可以讓客戶通過(guò)散熱板、水冷和其他散熱方式更高效的進(jìn)行散熱。
TI的GaN布局
TI是電源管理IC界的翹楚，在傳統(tǒng)解決方案中，通常會(huì)在低成本、高可靠性、小體積以及高性能等方面有所取舍，得益于GaN的優(yōu)質(zhì)特性，TI GaN可以同時(shí)滿足所有這些優(yōu)秀的表現(xiàn)。
TI采取的硅基氮化鎵，將驅(qū)動(dòng)集成在硅基層上，使得TI的GaN解決方案更可靠、更具有成本優(yōu)勢(shì)、更加實(shí)用。
早在十年前TI就開始研發(fā)GaN，當(dāng)時(shí)就意識(shí)到GaN的應(yīng)用潛力，認(rèn)為工業(yè)、電信以及個(gè)人電子消費(fèi)品、企業(yè)電源中將會(huì)有廣闊的應(yīng)用，因?yàn)檫@些領(lǐng)域都需要非常高的功率密度，并且對(duì)可靠性的要求也非常高。
針對(duì)這些需求研發(fā)出硅基GaN后與工業(yè)伙伴展開緊密合作。例如，與西門子推出了首個(gè)10千瓦連接云電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換器。同時(shí)，在GaN上完成了超過(guò)4000萬(wàn)小時(shí)的可靠性測(cè)試。
據(jù)悉，TI所有的GaN生產(chǎn)全部屬于自有，從來(lái)不外包設(shè)計(jì)，工廠選址在達(dá)拉斯，目前正在往更大尺寸的晶圓方向發(fā)展，將來(lái)GaN的成本也會(huì)更低。 |
