電源管理行業(yè)永遠(yuǎn)圍繞著半導(dǎo)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(fā)展，業(yè)內(nèi)越來(lái)越高的技術(shù)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(shù)革命中的關(guān)鍵一環(huán)。

作為行業(yè)龍頭企業(yè)，德州儀器（TI）近日推出了面向汽車(chē)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）。同時(shí)，TI也召開(kāi)了媒體交流會(huì)，分享該款新產(chǎn)品更詳細(xì)的優(yōu)勢(shì)以及TI對(duì)于未來(lái)發(fā)展的創(chuàng)新方向。

據(jù)了解，在電源管理領(lǐng)域，TI將致力于在功率密度、低EMI、低靜態(tài)電流、低噪聲高精確度和隔離這五個(gè)最具有挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域提供解決方案。德州儀器高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部氮化鎵功率器件產(chǎn)品線經(jīng)理Steve Tom先生在會(huì)議中表示：“TI GaN所關(guān)注的是如何提供并在應(yīng)用中達(dá)到更高的功率密度。傳統(tǒng)解決方案中，我們通常要在低成本、高可靠性、小體積以及優(yōu)秀系統(tǒng)性方面有所取舍。得益于GaN的優(yōu)質(zhì)特性，TI GaN可以同時(shí)滿足所有這些優(yōu)秀的表現(xiàn)。TI對(duì)GaN采取的硅基氮化鎵，我們將驅(qū)動(dòng)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(yōu)勢(shì)、更加實(shí)用的GaN解決方案。”

了解TI的朋友會(huì)知道，TI從十年前就開(kāi)始研發(fā)GaN。這十年期間，TI針對(duì)GaN始終保持著創(chuàng)新的態(tài)度，不僅與西門(mén)子推出了首個(gè)10千瓦連接云電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換器，同時(shí)也在氮化鎵上完成了超過(guò)4000萬(wàn)小時(shí)的可靠性測(cè)試。

基于這些長(zhǎng)期的努力和付出，TI首個(gè)汽車(chē)等級(jí)的GaN誕生了。TI GaN集成的優(yōu)勢(shì)使得其產(chǎn)品功率密度加倍，PFC中效率最高。TI也同樣重視封裝技術(shù)，Steve表示：“對(duì)比其他水平接近的友商來(lái)說(shuō)，我們提供的技術(shù)能夠減少23%的熱阻抗。另外，集成驅(qū)動(dòng)讓我們可以控制可靠性、成本、以及產(chǎn)品的質(zhì)量。”

650-V汽車(chē)GaN FET——LMG3525R030-Q1

LMG3525R030-Q1是一款650-V汽車(chē)GaN FET，具有集成驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)功能，雖然它的尺寸更小，但它可以減少充電時(shí)間并延長(zhǎng)行駛距離。與現(xiàn)有的硅基或碳化硅解決方案相比，該產(chǎn)品可將電動(dòng)汽車(chē)（EV）車(chē)載充電器的尺寸減少50%，這得益于高達(dá)2.2-MHz的切換頻率和集成驅(qū)動(dòng)所發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)集成驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，Steve特意強(qiáng)調(diào)了離散的解決方案無(wú)法達(dá)到TI如此高速的切換頻率以及如此大的壓擺率。

上圖是LMG3525R030-Q1 650V車(chē)用GaN FET的評(píng)估板。該評(píng)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(zhuǎn)換功能。德州儀器高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部應(yīng)用工程師張奕馳先生指出，這塊評(píng)估板可以轉(zhuǎn)換高達(dá)5000瓦的功率。同時(shí)，他還表示：“我個(gè)人也針對(duì)這款評(píng)估板進(jìn)行了一些測(cè)量，這款評(píng)估板可以從頂部進(jìn)行冷卻，在這張圖里可以看到，我們使用了一個(gè)散熱板，同樣也可以使用其他冷卻液來(lái)冷卻頂部的集成電路。如果通過(guò)散熱板，可以取得高達(dá)5000瓦，通過(guò)冷卻液可以高達(dá)到6000-7000瓦的功率等級(jí)，再加上這塊評(píng)估板上有很多可以測(cè)量的點(diǎn)，方便測(cè)量壓擺率和實(shí)現(xiàn)非常高的開(kāi)關(guān)頻率。這款的設(shè)計(jì)配置為具有插座式外部連接，可輕松與外部功率級(jí)連接。”

另外，作為一款面向未來(lái)的產(chǎn)品，TI預(yù)測(cè)LMG3525R030-Q1可以為汽車(chē)帶來(lái)更快的充電時(shí)間，更高的可靠性以及更低的成本。

600-V工業(yè)級(jí)GaN FET——LMG3425R030

不僅僅在汽車(chē)領(lǐng)域，在工業(yè)方面TI GaN FET也有所突破。在傳統(tǒng)的應(yīng)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(xiàn)，其加倍的功率密度、更少的器件需求以及高達(dá)99%的效率，完美治愈了這一“選擇困難癥”。同時(shí)該款產(chǎn)品在成本方面極具競(jìng)爭(zhēng)力，應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛。從下圖可以看出，充電樁應(yīng)用可以使用該款工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。另外，5G、電信、服務(wù)器以及電源的AC/DC轉(zhuǎn)換，都是其目標(biāo)應(yīng)用。

Steve指出，該款產(chǎn)品的集成化設(shè)計(jì)可以進(jìn)行熱監(jiān)測(cè)，在過(guò)溫的時(shí)候進(jìn)行保護(hù)，同樣在集成驅(qū)動(dòng)中也可以監(jiān)測(cè)電流。在過(guò)流或者短路的時(shí)候，TI GaN FET可以啟動(dòng)自我保護(hù)。

同樣，LMG3425R030推出了具有兩個(gè)帶集成驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)功能的600V、 30mΩ GaN FET的評(píng)估板。據(jù)悉，這款產(chǎn)品是從底部進(jìn)行冷卻，可獲取高達(dá)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(jí)連接，可以非常方便的設(shè)計(jì)在現(xiàn)有的產(chǎn)品中。

會(huì)議中，TI還提出了一個(gè)集成的全新功能——智能死區(qū)自適應(yīng)。張奕馳先生表示：“這款功能類(lèi)似于可以通過(guò)負(fù)載電流的不同調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間的大小。我們知道在PFC中有一個(gè)會(huì)是同步開(kāi)關(guān)，一個(gè)是主動(dòng)開(kāi)關(guān)，在同步開(kāi)關(guān)打開(kāi)之前的那一段死區(qū)時(shí)間是根據(jù)負(fù)載電流的大小來(lái)提供的，負(fù)載電流越大，所需要的死區(qū)時(shí)間就越短。我們的智能死區(qū)自適應(yīng)就可以通過(guò)負(fù)載電流來(lái)調(diào)節(jié)死區(qū)的時(shí)間，從而使得效率可以最大化。”

TI未來(lái)的創(chuàng)新動(dòng)力

從上圖我們可以看出，TI未來(lái)對(duì)于汽車(chē)設(shè)計(jì)將具有非常全面的戰(zhàn)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(zhuǎn)換器、以及電池管理等一系列應(yīng)用，都具有對(duì)應(yīng)的解決方案。同樣，TI在工業(yè)設(shè)計(jì)方面也有很多案例，包括圖騰柱PFC，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以及一些LOC應(yīng)用。