工程師可以使車用充電器和工業(yè)電源實(shí)現(xiàn)兩倍的功率密度和更高效率
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2020年11月10日，德州儀器（TI）推出了面向汽車和工業(yè)應(yīng)用的下一代650V和600V氮化鎵（GaN）場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），進(jìn)一步豐富拓展了其高壓電源管理產(chǎn)品線。與現(xiàn)有解決方案相比，新的GaN FET系列采用快速切換的2．2 MHz集成柵極驅(qū)動(dòng)器，可幫助工程師提供兩倍的功率密度和高達(dá)99％的效率，并將電源磁性器件的尺寸減少59％。TI利用其獨(dú)有的GaN材料和在硅（Si）基氮化鎵襯底上的加工能力開(kāi)發(fā)了新型FET，與碳化硅（SiC）等同類襯底材料相比，更具成本和供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)。
電氣化正在改變汽車行業(yè)，消費(fèi)者越來(lái)越需要充電更快、續(xù)航里程更遠(yuǎn)的車輛。因此，工程師亟需在不影響汽車性能的同時(shí)，設(shè)計(jì)出更緊湊、輕便的汽車系統(tǒng)。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。在工業(yè)設(shè)計(jì)中，這些新器件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（例如超大規(guī)模的企業(yè)計(jì)算平臺(tái)以及5G電信整流器）中實(shí)現(xiàn)更高的效率和功率密度。
Strategy Analytics的動(dòng)力總成、車身、底盤和安全服務(wù)總監(jiān)Asif Anwar表示：「GaN等寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)無(wú)疑為電力電子設(shè)備（尤其是高壓系統(tǒng)）帶來(lái)了更穩(wěn)定的性能。德州儀器歷經(jīng)十多年的投資和開(kāi)發(fā)，提供了獨(dú)有的整體解決方案——將內(nèi)部硅基氮化鎵（GaN－on－Si）器件的生產(chǎn)、封裝與優(yōu)化的硅基驅(qū)動(dòng)器技術(shù)相結(jié)合，從而能在新應(yīng)用中成功采用GaN?！?/p>
德州儀器高壓電源解決方案副總裁Steve Lambouses表示：「工業(yè)和汽車應(yīng)用日益需要在更小的空間內(nèi)提供更多的電力，設(shè)計(jì)人員必須提供能在終端設(shè)備長(zhǎng)久的生命周期內(nèi)可靠運(yùn)行的電源管理系統(tǒng)。憑借超過(guò)4，000萬(wàn)個(gè)小時(shí)的器件可靠性測(cè)試和超過(guò)5 GWh的功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用測(cè)試，TI的GaN技術(shù)為工程師提供了能滿足任何市場(chǎng)需求的可靠的全生命周期保障?！?/p>
以更少的器件實(shí)現(xiàn)翻倍的功率密度
在高電壓、高密度應(yīng)用中，電路板空間最小化是設(shè)計(jì)中的重要目標(biāo)。隨著電子系統(tǒng)變得越來(lái)越小，其內(nèi)部組件也必須不斷縮小并更加緊湊。TI的新型GaN FET集成了快速開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器以及內(nèi)部保護(hù)和溫度感應(yīng)功能，使工程師能夠在電源管理設(shè)計(jì)中減小電路板尺寸、降低功耗的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能。這種集成再加上TI GaN技術(shù)的高功率密度，使工程師能夠在通常的離散解決方案中減少10多個(gè)組件。此外，在半橋配置中應(yīng)用時(shí)，每個(gè)新型30mΩ FET均可支持高達(dá)4 kW的功率轉(zhuǎn)換。
創(chuàng)造TI更高功率因數(shù)校正（PFC）效率
GaN具有快速開(kāi)關(guān)的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)更小、更輕、更高效的電源系統(tǒng)。在過(guò)去，要獲得快速的開(kāi)關(guān)性能，就會(huì)有更高的功率損耗。為了避免這種不利后果，新型GaN FET采用了TI的智能死區(qū)自適應(yīng)功能，以減少功率損耗。例如，在PFC中，智能死區(qū)自適應(yīng)功能與分立式GaN和SiC金屬氧化物硅FET（MOSFET）相比，可將第三象限損耗降低多達(dá)66％。智能死區(qū)自適應(yīng)功能也消除了控制自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間的必要，從而降低了固件復(fù)雜性和開(kāi)發(fā)時(shí)長(zhǎng)。
更大限度提高熱性能
采用TI GaN FET的封裝產(chǎn)品，其熱阻抗比性能最接近的同類產(chǎn)品還要低23％，因此可使工程師使用更小的散熱器，同時(shí)簡(jiǎn)化散熱設(shè)計(jì)。無(wú)論應(yīng)用場(chǎng)景如何，這些新器件均可提供更大的散熱設(shè)計(jì)靈活性，并可選擇底部或頂部冷卻封裝。此外，F(xiàn)ET集成的數(shù)字溫度報(bào)告功能還可實(shí)現(xiàn)有源電源管理，從而使工程師能在多變的負(fù)載和工作條件下優(yōu)化系統(tǒng)的熱性能。
封裝、供貨情況
目前TI中國(guó)官網(wǎng)上已提供四種新型工業(yè)級(jí)600V GaN FET的預(yù)生產(chǎn)版本，采用12mm x 12mm方形扁平無(wú)引腳（QFN）封裝。TI預(yù)計(jì)工業(yè)級(jí)器件LMG3425R030將于2021年第一季度實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。評(píng)估模塊可于TI中國(guó)官網(wǎng)購(gòu)買。TI中國(guó)官網(wǎng)上提供多種付款方式、信貸額度以及快速、可靠的運(yùn)輸選項(xiàng)。
新型LMG3522R030－Q1和LMG3525R030－Q1 650V車用GaN FET的預(yù)生產(chǎn)版本和評(píng)估模塊預(yù)計(jì)將于2021年第一季度在其中國(guó)官網(wǎng)上發(fā)售。
關(guān)于德州儀器（TI）
德州儀器（TI）是一家全球化的半導(dǎo)體公司，致力于設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場(chǎng)。我們致力于通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，創(chuàng)造一個(gè)更美好的世界。如今，每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實(shí)惠，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來(lái)乃至現(xiàn)在一直在做的事。