GaN技术杂谈

近年来，氮化镓（GaN）功率器件的进步显著拓展了其在40 V以下低电压应用中的工作范围。由于硅MOSFET具有良好的导通性能、成熟的制造工艺以及经过验证的可靠性，历史上一直主导这一电压区间。

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可持续能源是当今全球重要需求。发展中经济体努力建设能源基础设施以支持工业和为偏远村庄供电。与此同时，工业化经济体正在努力平衡对更大供电需求的相互冲突和减少对环境的影响。氮化镓(GaN)集成电路为设计人员提供具备更高功率密度、更高效和可使能新应用优势的功率器件。随着全球能源成本的上升，氮化镓器件的普及化急剧加快也就不足为奇了。

直到最近，从音频放大器获得高质量声音需要花费数千美元，并且依赖于大型、笨重、耗电的A类放大器。现在，氮化镓FET和IC的出现正在引领高质量、低成本的D类音频放大器的时代。

基于氮化镓（GaN）的解决方案结合数字控制和高性能磁性材料，可以提高效率，缩小尺寸，并降低高密度计算应用（如超薄笔记本电脑和高端游戏系统）的系统成本。

Brick DC-DC 转换器广泛应用于数据中心、电信和汽车应用中，将标称的48 V母线转换为（或从）标称的12 V母线。氮化镓（GaN）集成电路（IC）技术的进步实现了半桥和栅极驱动器的集成，提供了简化布局、最小化面积和降低成本的单芯片解决方案。

致谢 - 这份应用说明和相关硬件是在德克萨斯大学奥斯汀分校的半导体电力电子中心（SPEC）的合作下开发的。

高效电源转换（EPC）正在使老化的硅功率MOSFET与eGaN®晶体管之间的性能差距扩大一倍，达到200 V额定值。新一代第五代器件的尺寸约为上一代的一半。性能提升源自两个主要设计差异，如图1所示。左侧是第四代200 V增强型GaN-on-Si工艺的横截面。右侧是第五代结构，具有缩短的栅极和源极电极之间的距离，并添加了一层厚金属。这些改进，加上许多未显示的其他改进，使新一代FET的性能提高了一倍。

GaN FET的开关速度比Si MOSFET快得多，导致许多系统设计师会问 − 更快的开关速度如何影响EMI？

除了性能和成本改进之外，GaN 技术对电源转换市场的最重要影响来自其在同一基板上集成多个设备的内在能力。与标准硅 IC 技术相比，GaN 技术使设计师能够以更简单、更具成本效益的方式在单个芯片上实现单片电源系统。

本文最初由Dr. John Glaser & Dr. David Reusch于2016年6月13日在Power Systems Design网站上发布。