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TI 推首款汽车和工业级GaN FET 功率密度再翻倍

关键词:GaN FET 功率密度 电源磁性器件

时间:2020-11-20 15:38:09      来源:中电网

随着半导体技术的提升,人们逐渐将目标转向了寻找Si以外新一代的半导体材料。在这个过程中,GaN近年来作为一个高频词汇,进入了人们的视野。

随着半导体技术的提升,人们逐渐将目标转向了寻找Si以外新一代的半导体材料。在这个过程中,GaN近年来作为一个高频词汇,进入了人们的视野。

GaN和SiC同属于第三代高大禁带宽度的半导体材料的代表,由于禁带宽度大、导热率高等特性,利用GaN人们可以获得具有更大带宽、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小的半导体器件,因此其应用越来越广泛。

近日,德州仪器(TI)推出其首款带集成驱动器、内部保护和有源电源管理的GaN FET,分别面向车用充电器和工业电源,可以实现2倍的功率密度和高达99%的效率,并将电动汽车充电器中的电源磁性器件尺寸和车载充电器尺寸分别缩小了59%和50%。

此次TI带来了首个汽车级的LMG3525R030-Q1,一款650V GaN FET,具有集成驱动器和保护功能。与现有的Si或SiC解决方案相比,使用TI的新型车用GaN FET可将电动汽车(EV)车载充电器和DC/DC转换器的尺寸减少多达50%,从而使工程师能够延长电池续航,提高系统可靠性并降低设计成本。

据TI高压电源应用产品业务部应用工程师张奕驰介绍,这款产品是基于预测汽车未来市场所推出的,利用GaN技术可为汽车带来更快的充电时间、更高的可靠性和更低的成本。

TI同时推出600V工业GaN FET LMG3425R030,一款功率密度加倍,且所需器件更少的600V工业级GaN FET,可在更低功耗和更小电路板空间占用的情况下,在AC/DC电力输送应用中实现更高的效率和功率密度。这款产品在工业中拥有广泛的应用,如充电桩、5G、电信、服务器等。

据张奕驰介绍,该款产品集成了全新的智能死区自适应功能,GaN可以根据负载电流自动调节死区时间,实现效率最大化。

得益于TI  GaN集成的优势,可以将功率密度增加到非常大,能够提供大于150 V /ns和大于2.2 MHz的业界更快切换速度。高压摆率和高切换速度能够将电路中的磁元件减少的更小,通过集成可以将功率磁元件体积减少59%,以及减少十多个组件需求。

工业和汽车用GaN FET两者有何区别?

据张奕驰介绍称,工业级和汽车用GaN FET所要通过的标准是不同的。再者,两者之间最大的区别是,工业是600V的GaN,而汽车用GaN是650V。主要因为在汽车方面有些应用所需要的母线电压会更高。另一个非常重要的区别,是汽车是顶部散热,工业是底部散热。汽车顶部散热就提供了更多可能性,可以让客户通过散热板、水冷和其他散热方式更高效的进行散热。

TI的GaN布局

TI是电源管理IC界的翘楚,在传统解决方案中,通常会在低成本、高可靠性、小体积以及高性能等方面有所取舍,得益于GaN的优质特性,TI GaN可以同时满足所有这些优秀的表现。

TI采取的硅基氮化镓,将驱动集成在硅基层上,使得TI的GaN解决方案更可靠、更具有成本优势、更加实用。

早在十年前TI就开始研发GaN,当时就意识到GaN的应用潜力,认为工业、电信以及个人电子消费品、企业电源中将会有广阔的应用,因为这些领域都需要非常高的功率密度,并且对可靠性的要求也非常高。

针对这些需求研发出硅基GaN后与工业伙伴展开紧密合作。例如,与西门子推出了首个10千瓦连接云电网的转换器。同时,在GaN上完成了超过4000万小时的可靠性测试。

据悉,TI所有的GaN生产全部属于自有,从来不外包设计,工厂选址在达拉斯,目前正在往更大尺寸的晶圆方向发展,将来GaN的成本也会更低。

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