如何运用GaN才能做到最优性价比

  随着科技的发展,人们生活水平的提高,人类生活对于能源电力的需求越来越大。从而对电源转换效率、电源体积、电源重量等参数提出了越来越高的要求。目前随着研究的深入,开关电源技术的发展越来越快,各类全新拓扑结构被逐渐广泛应用。从而使开关电源的功率密度越来 越高化,效率越来越高,拓扑结构越来越丰富。但是随之而来的难点是电源的转换效率受到了功率器件的制约,很难再进一步的提高电源的性能。由于拓扑结构难以创新,磁性材料创新速度慢,第三代半导体由于其开关速度快、内阻相对于第二代半导体更小的优良特性,逐渐被应用到开关电源中。

  第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等化合物材料为代表的宽禁带半导体材料。目前被广泛接受的可以应用于电源开关的材料包含SIC和GaN两种。

   由于GaN和SIC材料针对于现在的工程师来讲属于一种全新的半导体材料,大家对于这两种材料的特性仅停留在各个半导体原厂向工程师推广应用时告知的可以应用的层面上,很少寻根问底在目前的电源上为什么要用这种材料,怎么应用这种材料,怎么才能发挥这两种半导体材料的优势。更没有深究过应用这两种材料是否真正的发挥到了最高性价比。

  如果需要搞清楚如上几个问题,首先我们需要了解第三代半导体本身相对于其他功率器件的优劣势,然后再进一步探讨适合应用在什么样的电源产品上。下面我们以南京芯干线科技有限公司的GaN HEMT XG6510B8(详细规格书请点击产品信息_南京芯干线科技有限公司 (x-ipm.com)进行下载)来举例说明。

GaN HEMT器件具有两大优势一劣势三个特性:(1)与SI同样晶圆面积时,内阻更小。(2)开关频率高,目前XG6510B8最理想的工作频率为200KHz-1.5MHz之间。(3)与Si MOSFET器件相比同样内阻时,晶圆面积小,散热面积小,过电流能力弱。

SI MOSFET具有如下特性:(1)与GaN晶圆面积相同时,内阻大。(2)开关频率与GaN相比略低,目前常规SI MOSFET器件最理想的工作频率为10KHz—200KHz之间。(3)SI MOSFET与GaN相比同样内阻时,面积更大,过电流能力更强。

  通过如上分析我们可以很清楚的看出,GaN功率器件相对于SI功率器件相比有着很明显的优势和劣势。如果要充分发挥第三代半导体的优势,就需要选择恰当的应用市场,选择恰当的控制器,充分发挥GaN内阻小,开关频率高的优良特性。由于目前磁性器件材料的限制,我们建议GaN器件工作在250K的开关频率下,DFN88封装器件工作在0.6W的耗散功率条件下。考虑导通损耗和开关损耗的叠加,南京芯干线科技有限公司针对于DFN88的功率器件运用有桥PFC、无桥PFC、半桥LLC、移相全桥等多种拓扑结构组合,制作了100W、130W、180W、200W、250W、350W、500W、1KW等多款GaN电源。

  随着后续技术水平的提高,公司技术人员有信心运用GaN单片器件将功率做到2800W左右。从而充分发挥GaN功率器件在开关电源中的优良性能。

  总之,由于GaN与SI器件相比的两优势一劣势,南京芯干线科技有限公司经过多年的研究得出结论:如果GaN HEMT的最高性价比,充分发挥GaN HEMT的优良特性,最恰当的开关电源产品应用功率应该定位与200W—3KW之间的交流与直流电源。开拓进取的南京芯干线科技有限公司期待与您做进一步的技术交流,共同推动第三代半导体功率器件在开关电源中的应用。

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