GaN技术杂谈

氮化镓(GaN)是一种全新的使能技术，可实现更高的效率、显着减小系统尺寸、更轻和于应用中取得硅器件无法实现的性能。那么，为什么关于氮化镓半导体仍然有如此多的误解？事实又是怎样的呢？

环境压力正在促使人们迅速采用更新、更清洁和更高效的交通工具。预计到2025年，每售出10辆车中就有1辆将是更节能的48V轻度混合动力系统。这些系统将需要一个48V到12V的双向转换器，功率范围从1.5 kW到6 kW。这些系统的设计优先考虑的因素是尺寸、成本和高可靠性。GaN电源转换解决方案非常适合支持用于这些新型号中的48V到12V双向转换器。

许多电源系统中使用的基本构建块是半桥，它由两个串联的功率FET及其各自的栅极驱动器组成。虽然分立式FET和栅极驱动器可以在板上实现这个相同的功能，但通常使用半桥模块比较有利。使用半桥模块有许多好处，包括使用单个预先通过认证的器件、更短的交付周期和具有更高的性能。有50多年历史的电源模块供应商Sensitron（sensitron.com）使用了EPC的eGaN FET，使它的新型产品更具吸引力。Sensitron与EPC合作，使用了新型EPC2050 GaN FET开发出350 V半桥模块SPG025N035P1B，这个半桥智能功率模块专为商业、工业和航空航天应用而设计，额定电流为20 A，可用于控制5 kW以上的功率。如图1所示，通过从Si和SiC器件升级至采用氮化镓器件，封装尺寸显著减小。

48V正越来越多地被用作计算数据中心和笔记本电脑等消费电子产品性能的新标准。全新USB PD3.1标准也正在进军笔记本电脑，部分原因是USB电压增加到48 V，在连接器和电缆的电流限制为5 A的情况下，总功率传输增加到240 W。使用USB PD新标准的兼容电源，也不断面临实现小尺寸的解决方案以满足对高功率密度的需求。GaN FET开关快和具有低导通电阻，解决了电源供电中含有多个电路所需的功率密度挑战。

早在2015年，Venture Beat就发表了一篇关于氮化镓芯片取代硅的文章。在那篇文章中，我断言氮化镓基功率半导体的广泛普及是可能的，因为GaN FET将比硅具有更高的性能和更低的成本。然而，人们仍然普遍误解氮化镓器件还没有达到那个里程碑……这是一个错误的神话。在这篇博客文章中，我将试图打破这个神话，并提醒大家，本次讨论仅限于额定电压低于400 V的器件的应用领域，因为这是EPC 的重点产品。

对于从标准 48 V总线转换器取得更大电流的需求不断增长，以满足服务器应用对电力不断增长的需求。氮化镓功率器件让设计者能够实现理想的转换器：高效率、小尺寸和高电流处理、易用性和高可靠性。为了支持您的设计，EPC设计了1.2 kW的谐振转换器演示板（EPC9174），其尺寸为1/8砖型，可以实现优越的峰值效率高达97.3%。

当引入像EPC的GaN功率FET和IC这样的“位移”技术并且新的性能水平成为可能时，建模您的设计可以为电路的能力和需求提供舒适和洞察力。此博客文章讨论了最新添加到“EPC GaN Power Bench，我们的在线建模工具库，EPC的GaN FET热计算器！

为参加在休斯敦举行的应用电力电子会议 (APEC)的准备工作正在紧锣密鼓地进行中。团队非常高兴能再次面对面展示，展示各种演示，展示GaN的优异性能如何在计算、通信和电子移动等多个行业中转变电力传输方式。

移动性是所有经济体的驱动力因素。电动出行（或称e-Mobility）是一种清洁且具有影响力的方式，能够在不增加低效电机或燃烧化石燃料发动机对环境压力的情况下保持商业活动的运转。对于高效且紧凑的电机驱动设计需求日益增加。EPC公司正在开发用于电动出行应用的基于GaN的电机驱动参考设计，以启动支持这一趋势的竞争性和环保替代方案。

车用48 V/12 V评估电源模块（EPC9137、EPC9163、EPC9165等）采用两相同步降压/升压拓扑结构。边缘连接器和控制卡还设计为两个模块与控制器并联操作，有效地实现四相，从而使额定电流和功率翻倍。使用EPC9137模块的示例如图1所示。