工程師可以使車用充電器和工業電源實現兩倍的功率密度和更高效率

2020年11月10日，北京訊——德州儀器（TI）今天推出了面向汽車和工業應用的下一代650V和600V氮化鎵（GaN）場效應晶體管（FET），進一步豐富拓展了其高壓電源管理產品線。與現有解決方案相比，新的GaN FET系列采用快速切換的2.2 MHz集成柵極驅動器，可幫助工程師提供兩倍的功率密度和高達99％的效率，并將電源磁性器件的尺寸減少59％。TI利用其獨有的GaN材料和在硅（Si）基氮化鎵襯底上的加工能力開發了新型FET，與碳化硅（SiC）等同類襯底材料相比，更具成本和供應鏈優勢。

電氣化正在改變汽車行業，消費者越來越需要充電更快、續航里程更遠的車輛。因此，工程師亟需在不影響汽車性能的同時，設計出更緊湊、輕便的汽車系統。與現有的Si或SiC解決方案相比，使用TI的新型車用GaN FET可將電動汽車（EV）車載充電器和DC/DC轉換器的尺寸減少多達50％，從而使工程師能夠延長電池續航，提高系統可靠性并降低設計成本。在工業設計中，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電力輸送應用（例如超大規模的企業計算平臺以及5G電信整流器）中實現更高的效率和功率密度。

Strategy Analytics的動力總成、車身、底盤和安全服務總監Asif Anwar表示：“GaN等寬帶隙半導體技術無疑為電力電子設備（尤其是高壓系統）帶來了更穩定的性能。德州儀器歷經十多年的投資和開發，提供了獨有的整體解決方案——將內部硅基氮化鎵（GaN-on-Si）器件的生產、封裝與優化的硅基驅動器技術相結合，從而能在新應用中成功采用GaN。”

德州儀器高壓電源解決方案副總裁Steve Lambouses表示：“工業和汽車應用日益需要在更小的空間內提供更多的電力，設計人員必須提供能在終端設備長久的生命周期內可靠運行的電源管理系統。憑借超過4，000萬個小時的器件可靠性測試和超過5 GWh的功率轉換應用測試，TI的GaN技術為工程師提供了能滿足任何市場需求的可靠的全生命周期保障?！?/p>

以更少的器件實現翻倍的功率密度

在高電壓、高密度應用中，電路板空間最小化是設計中的重要目標。隨著電子系統變得越來越小，其內部組件也必須不斷縮小并更加緊湊。TI的新型GaN FET集成了快速開關驅動器以及內部保護和溫度感應功能，使工程師能夠在電源管理設計中減小電路板尺寸、降低功耗的同時實現高性能。這種集成再加上TI GaN技術的高功率密度，使工程師能夠在通常的離散解決方案中減少10多個組件。此外，在半橋配置中應用時，每個新型30mΩ FET均可支持高達4 kW的功率轉換。

創造TI更高功率因數校正（PFC）效率

GaN具有快速開關的優勢，可實現更小、更輕、更高效的電源系統。在過去，要獲得快速的開關性能，就會有更高的功率損耗。為了避免這種不利后果，新型GaN FET采用了TI的智能死區自適應功能，以減少功率損耗。例如，在PFC中，智能死區自適應功能與分立式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66％。智能死區自適應功能也消除了控制自適應死區時間的必要，從而降低了固件復雜性和開發時長。更多信息請閱讀應用說明“通過智能死區自適應功能實現GaN性能最大化”。

更大限度提高熱性能

采用TI GaN FET的封裝產品，其熱阻抗比性能最接近的同類產品還要低23％，因此可使工程師使用更小的散熱器，同時簡化散熱設計。無論應用場景如何，這些新器件均可提供更大的散熱設計靈活性，并可選擇底部或頂部冷卻封裝。此外，FET集成的數字溫度報告功能還可實現有源電源管理，從而使工程師能在多變的負載和工作條件下優化系統的熱性能。

封裝、供貨情況

目前TI.com.cn上已提供四種新型工業級600V GaN FET的預生產版本，采用12mm x 12mm方形扁平無引腳（QFN）封裝。TI預計工業級器件LMG3425R030將于2021年第一季度實現批量生產。評估模塊可于TI.com.cn購買。TI.com.cn上提供多種付款方式、信貸額度以及快速、可靠的運輸選項。

新型LMG3522R030-Q1和LMG3525R030-Q1 650V車用GaN FET的預生產版本和評估模塊預計將于2021年第一季度在TI.com.cn上發售。