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TI首款汽車GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

《名企發布會動態》
2020-11-18 15:45 來源:電源網原創 編輯:咩咩

電源管理行業永遠圍繞著半導體的更高功率密度、更大功率、更耐高溫以及更低電磁干擾等課題發展,業內越來越高的技術要求使得許多新型材料脫穎而出,而氮化鎵就是新一代電子信息技術革命中的關鍵一環。

作為行業龍頭企業,德州儀器(TI)近日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)。同時,TI也召開了媒體交流會,分享該款新產品更詳細的優勢以及TI對于未來發展的創新方向。

據了解,在電源管理領域,TI將致力于在功率密度、低EMI、低靜態電流、低噪聲高精確度和隔離這五個最具有挑戰的前沿領域提供解決方案。德州儀器高壓電源應用產品業務部氮化鎵功率器件產品線經理Steve Tom先生在會議中表示:“TI GaN所關注的是如何提供并在應用中達到更高的功率密度。傳統解決方案中,我們通常要在低成本、高可靠性、小體積以及優秀系統性方面有所取舍。得益于GaN的優質特性,TI GaN可以同時滿足所有這些優秀的表現。TI對GaN采取的硅基氮化鎵,我們將驅動集成在了硅基層上,這使得我們可以提供更可靠、更具成本優勢、更加實用的GaN解決方案?!?

了解TI的朋友會知道,TI從十年前就開始研發GaN。這十年期間,TI針對GaN始終保持著創新的態度,不僅與西門子推出了首個10千瓦連接云電網的轉換器,同時也在氮化鎵上完成了超過4000萬小時的可靠性測試。

TI首款汽車GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

基于這些長期的努力和付出,TI首個汽車等級的GaN誕生了。TI GaN集成的優勢使得其產品功率密度加倍,PFC中效率最高。TI也同樣重視封裝技術,Steve表示:“對比其他水平接近的友商來說,我們提供的技術能夠減少23%的熱阻抗。另外,集成驅動讓我們可以控制可靠性、成本、以及產品的質量?!?

650-V汽車GaN FET——LMG3525R030-Q1

TI首款汽車GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

LMG3525R030-Q1是一款650-V汽車GaN FET,具有集成驅動器和保護功能,雖然它的尺寸更小,但它可以減少充電時間并延長行駛距離。與現有的硅基或碳化硅解決方案相比,該產品可將電動汽車(EV)車載充電器的尺寸減少50%,這得益于高達2.2-MHz的切換頻率和集成驅動所發揮的優勢。針對集成驅動的優勢,Steve特意強調了離散的解決方案無法達到TI如此高速的切換頻率以及如此大的壓擺率。

TI首款汽車GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

上圖是LMG3525R030-Q1 650V車用GaN FET的評估板。該評估板具有兩塊LMG3525 30mΩ GaN FET并在半橋中配置了所有必需的偏置電路和邏輯/功率電平轉換功能。德州儀器高壓電源應用產品業務部應用工程師張奕馳先生指出,這塊評估板可以轉換高達5000瓦的功率。同時,他還表示:“我個人也針對這款評估板進行了一些測量,這款評估板可以從頂部進行冷卻,在這張圖里可以看到,我們使用了一個散熱板,同樣也可以使用其他冷卻液來冷卻頂部的集成電路。如果通過散熱板,可以取得高達5000瓦,通過冷卻液可以高達到6000-7000瓦的功率等級,再加上這塊評估板上有很多可以測量的點,方便測量壓擺率和實現非常高的開關頻率。這款的設計配置為具有插座式外部連接,可輕松與外部功率級連接?!?

另外,作為一款面向未來的產品,TI預測LMG3525R030-Q1可以為汽車帶來更快的充電時間,更高的可靠性以及更低的成本。

600-V工業級GaN FET——LMG3425R030

不僅僅在汽車領域,在工業方面TI GaN FET也有所突破。在傳統的應用中,用戶通常要在高效率、功率密度以及低成本中有所取舍。直到LMG3425R030出現,其加倍的功率密度、更少的器件需求以及高達99%的效率,完美治愈了這一“選擇困難癥”。同時該款產品在成本方面極具競爭力,應用范圍也相當廣泛。從下圖可以看出,充電樁應用可以使用該款工業級產品。另外,5G、電信、服務器以及電源的AC/DC轉換,都是其目標應用。

TI首款汽車GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

Steve指出,該款產品的集成化設計可以進行熱監測,在過溫的時候進行保護,同樣在集成驅動中也可以監測電流。在過流或者短路的時候,TI GaN FET可以啟動自我保護。

同樣,LMG3425R030推出了具有兩個帶集成驅動器和保護功能的600V、 30mΩ GaN FET的評估板。據悉,這款產品是從底部進行冷卻,可獲取高達4000瓦的效率,同樣配置了有插座式外部連接,可輕松與外部功率級連接,可以非常方便的設計在現有的產品中。

會議中,TI還提出了一個集成的全新功能——智能死區自適應。張奕馳先生表示:“這款功能類似于可以通過負載電流的不同調節死區時間的大小。我們知道在PFC中有一個會是同步開關,一個是主動開關,在同步開關打開之前的那一段死區時間是根據負載電流的大小來提供的,負載電流越大,所需要的死區時間就越短。我們的智能死區自適應就可以通過負載電流來調節死區的時間,從而使得效率可以最大化?!?

TI未來的創新動力

TI首款汽車GaN FET:功率密度翻倍,效率再次提升

從上圖我們可以看出,TI未來對于汽車設計將具有非常全面的戰略性投資。此外,Steve還表示,TI具有非常廣泛包括寬輸入電壓AC/DC轉換器、以及電池管理等一系列應用,都具有對應的解決方案。同樣,TI在工業設計方面也有很多案例,包括圖騰柱PFC,電機驅動,以及一些LOC應用。

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