MasterGaN 是意法半導體推出的全新平臺。它包括一個基于硅技術的半橋驅動器和兩個 GaN 功率晶體管。在接受《電力電子新聞》采訪時，意法半導體強調了這一新平臺如何通過提供更輕的重量和 3 倍的充電時間，使系統體積縮小 80%。但最重要的是，它通過優化上市時間來簡化設計過程。

MasterGaN 將硅與 GaN 相結合，以加速為高達 400W 的消費和工業應用開發下一代、緊湊且高效的電池充電器和電源適配器。通過使用 GaN 技術，新設備可以在優化效率的同時處理更多功率。ST Microelectronics 強調了將 GaN 與驅動器集成如何簡化設計，并提高性能水平。

氮化鎵市場

GaN 晶體管是當今存在的“最冷”組件之一。即使在高溫和極端條件下，其低結電阻也可實現低溫和低能量損失。這是這種材料廣泛用于許多關鍵部門的主要原因之一，其中對高電流的需求是主要特權。

當前的 GaN 市場通常由分立功率晶體管和驅動 IC 提供服務，這些要求設計人員學習新的實現技術以實現最佳性能。ST 的 MasterGaN 方法旨在提供更快的上市時間，同時以更小的占用空間、簡化的組裝和更高的可靠性以更少的組件保持高效性能。ST Microelectronics 表示，憑借 GaN 技術和 ST 集成產品的優勢，充電器和適配器可以將標準硅基解決方案的尺寸縮小 80%，重量減輕 70%。

在功率 GaN 晶體管中，溫度對其起重要作用的組件有兩個參數： 具有相關工作損耗的R DS（on）和具有相關開關損耗的跨導。保持低溫的原因有很多：

防止在最惡劣的操作條件下發生熱失控

總體上減少損失

提高系統性能和效率

提高系統功率密度

增加電路的可靠性

ST解決方案

ST 的 MasterGaN1 平臺包含兩個半橋 GaN 功率晶體管，具有集成的高側和低側硅驅動器。該平臺使用 600V 半橋柵極驅動器和常關型高電子遷移率 GaN 晶體管 （HEMT）。

高電子遷移率允許 GaN 晶體管的開關時間約為硅 MOSFET 的四分之一。此外，對于給定的工作模式，開關損耗大約是硅晶體管的 10% 到 30%。因此，GaN 高電子遷移率晶體管 （HEMT） 可以以比硅 MOSFET、IGBT 高得多的頻率驅動。GaN HEMT 需要添加極化網絡，芯片供應商已將其集成到其設備中才能正常運行。

與基于硅的傳統解決方案相比，在電源轉換器等應用中使用氮化鎵可實現顯著改進：更高的功率效率、更小的尺寸、更輕的重量和更低的總體成本。

MasterGaN 中的內置功率 GaN 具有150 mΩ 的R DS （ON） 和 650 V 漏源擊穿電壓，而內置柵極驅動器的高端可以輕松地由內置自舉二極管供電。

圖 1：MasterGaN1 的框圖

圖 2：MasterGaN1 的開發板

MASTERGAN1 配備了防止在低效率或危險條件下發生故障的保護，并且互鎖功能可防止交叉傳導條件。邏輯輸入兼容 3.3V 至 15V 的信號，因此可輕松連接微控制器和各種傳感器。上下驅動部分均具有 UVLO 保護，防止電源開關在低效率或危險條件下運行，互鎖功能避免了交叉導通條件。

這些器件系列將作為引腳兼容的半橋產品提供，使工程師能夠以最少的硬件更改來擴展項目。利用 GaN 晶體管特有的低通電損耗和無體二極管恢復特性，這些產品在高端高效拓撲中提供了改進的整體性能，例如具有有源鉗位、諧振、PFC 極無橋圖騰和AC/DC 和 DC/DC 轉換器中使用的其他軟和硬開關拓撲。

EVALMASTERGAN1 板允許您評估 MASTERGAN1 的特性并快速創建新拓撲，而無需完整的 PCB 設計。該板在板上提供可編程死區時間發生器，帶有單個 VCC 電源（6 V 型）。集成的 3.3 V 線性穩壓器為微控制器或 FPGA 提供邏輯。該板提供定制機會，例如使用外部自舉二極管、針對各種解決方案的獨立電源以及針對峰值電流拓撲使用低側分流電阻器。

審核編輯：郭婷