用于大功率和频率应用的舍入 GaN 基晶体管

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针对可靠的高功率和高频率电子设备，制造商正在研究氮化镓(GaN)来制造具有高开关频率的场效应晶体管(FET)由于硅正在接近其理论极限，制造商现在正在研究使用宽带隙(WBG)材料来制造高效率的大功率和高频场效应晶体管(FET)。
WBG 材料以其优异的电学特性，如 GaN 和碳化硅(SiC) ，克服了硅基高频电子器件的局限性。更重要的是，WBG 半导体可用于可扩展的汽车电气系统和电动汽车(电动汽车)。

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WBG 板载电动汽车充电器示意图此外，这两种宽带隙化合物半导体(如氮化镓和碳化硅)的所用材料晶体管据说具有很高的击穿电压，可以在高温下工作。
考虑到这一点，本文打算研究 GaN 和 SiC 晶体管之间的差异，然后整理出三种最近上市的 GaN 器件。
晶体管用氮化镓和碳化硅氮化镓和碳化硅由于其高电压能力、快速开关速度和耐高温性能，经常被认为是高功率和频率电子应用的顶级材料。然而，当它们投入使用时，特别是在晶体管方面，它们的性能仍然存在显著的差异。

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电力设备用氮化镓、碳化硅和硅的比较。图片由 Alex Avron 提供首先，碳化硅需要一个高栅极驱动电压，范围从18伏到20伏，以打开低导通电阻器件。这个属性与用氮化镓制造的晶体管形成对比。此外，碳化硅晶体管需要负电压范围从 -3 V 到 -5 V 开关到关闭状态。
其次，由于氮化镓比碳化硅具有更高的开关速度，在频率高达100千兆赫的无线射频电子产品中，氮化镓主要用作功率放大器。
尽管如此，两个 WBG 晶体管一般被制造商采用，有时可以用来代替硅:

横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)

Super junction MOSFETs 超级结 MOSFET

Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) 绝缘栅双极晶体管

随着这些优点中的一些将 GaN 分开，下一节将讨论最新的 GaN 晶体管，这些晶体管是为了在高功率和频率电子应用中实现更高的效率而制造的。
ST’s vipergan50高电压转换器我们首先要宣布的是来自意法半导体的消息。最近，它推出了 VIPERGAN50，一种基于 GaN 晶体管的功率转换器，为消费者和工业应用提供高效率的电源设计，如电源适配器、 USB-PD 充电器和家用电器电源。
据说这种新器件加速了中功率准谐振零电压开关(ZVS)反激变换器的设计，最大功率可达50W。
该设备旨在最大限度地提高在所有线路和负载条件下的效率，利用多模式操作，如:

准共振模式

跳谷模式

频率折叠模式

发模式

由于其强大的功能，包括电流传感和保护电路，如输出过电压保护，褐进和褐出保护，和输入过电压保护，设备的制造，以确保在运行期间的安全性和可靠性。
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“毒蛇”50产品的特写图像[修改后的图像[由 ST 微电子学提供
包装在一个5毫米 x6毫米 QFN 封装，转换器承诺满足生态设计的目标，全球节能和净零碳排放的代码。
硬辐射功率晶体管我们将看到的第二个近期产品来自 EPC (高效变流技术公司)。针对关键应用，同时确保在航空电子设备和深空的高可靠性，EPC 公司已经宣布了其新的 EPC7019 eGaN 抗辐射功率晶体管器件。

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EGaN 晶体管采用钝化模具形式，图像由 EPC 提供新产品利用 GaN 白光栅材料实现高电子迁移率和低温系数。该器件拥有超高频率，并由于横向结构的模具，EPC7019辐射硬功率晶体管器件具有超低栅电荷。
EPC 公司首席执行官兼联合创始人亚历克斯 · 利多在评论该产品时指出，基于 GaN 的晶体管为设计人员提供了一种优秀的解决方案，其优点是同类最好的硅辐射硬设备的20倍，同时仍然保持明显更小和更低的成本。
剑桥 GaN 器件有限公司首次推出增强型氮化镓新技术本次综述的最终成果来自2022年亚太经合组织会议。在这次活动中，剑桥 GaN 器件公司宣布了其集成电路增强氮化镓(ICeGaN)技术，以修改 GaN 基功率晶体管的栅极行为。
这种新技术基于增强型 GaN 高电子迁移率晶体管，具有超低比导通电阻和非常低的电容。
ICeGaN 产品具有约2.5伏的高阈值电压，能够抑制与 dV/dt 相关的假启动事件，使其操作安全。


ICeGaN 技术晶体管的特写视图。图像由剑桥 GaN 器件提供此外，工程师可以在半桥 LLC 设计中使用 ICeGaN 技术，因为它使设计人员能够提高开关频率和增加密度，降低复杂和漫长的开发周期的成本。
ICeGaN 器件的一个例子是 CGD65A130S2。作为一种 ICeGaN 器件，它利用 GaN 独特的材料特性，为广泛的电子应用提供高电流、高击穿电压和高开关频率。
它还具有一个集成的电流感应功能，使设计人员能够消除外部电流感应电阻器在他们的设计，以加速和改善热性能。
总而言之，在看到这些新设备之后，希望能够为更多的 GaN 功率设备保持运转。看看还有什么其他技术会开始出现，将是一件有趣的事情。
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本主题由 ElecFans小喇叭 于 2022-6-15 14:41 审核通过


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