gan-power-device

从分立器件到IC和SiP，供给前进氮化镓功率效力的计谋罗姆氮化镓（GaN）功率处置打算

NEWS

接洽咱们

甚么是氮化镓？甚么是氮化镓高电子迁徙率晶体管（HEMTs）？

氮化镓（GaN）是一种接纳镓和氮化合物的化合物半导体；它被以为是下一代功率器件极具潜力的材料。
氮化镓手艺因其高效力和对功率电子、光子学、LED手艺、射频根本举措办法和功率集成电路等各类操纵的变革性影响而著名。氮化镓半导体在诸如5G和6G电信、电动汽车和节能照明处置打算等各类手艺操纵中起着相当首要的感化。须要注重的是，碳化硅（SiC）一样是一种基于硅和碳的化合物半导体。碳化硅可用作成长氮化镓内涵层的衬底，出格合用于射频和功率器件方面的操纵。因为其优良的热导率和在氮化镓操纵中的不变性，碳化硅在开辟高机能半导体器件（包含LED和功率电子器件）方面相当首要。可以或许或许或许对硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的首要物理特征停止比拟。因为氮化镓具备比硅更宽的禁带宽度和更高的热导率，是以被称为宽禁带半导体。宽禁带半导体具备高介电击穿电场强度的特色，可以或许或许或许操纵更薄的层完成与硅不异的耐压。高电子迁徙率晶体管（HEMT）是“High Electron Mobility Transistor”的缩写，它指的是一种场效应晶体管，此中在半导体异质结处引诱产生的高迁徙率二维电子气充任沟道。通俗来讲，HEMTs是在化合物半导体中制作的，除氮化镓，它们也会操纵砷化镓（GaAs）等其余材料。

> 电子小百科:甚么是GaN功率器件（GaN HEMT）？

GaN specifications compared with other materials

氮化镓的界说和物理特征

氮化镓是一种二元III/V间接带隙半导体材料，最近几年来因其怪异的特征而备受存眷。氮化镓具备3.4 eV的宽禁带宽度，与传统的硅MOSFET比拟，可以或许或许或许蒙受更高的电压和温度，这使其成为大功率晶体管的抱负材料。
这类间接带隙半导体还因其纤锌矿晶体布局而具备高热导率和机械不变性。这些特征使氮化镓器件可以或许或许或许在低温下高效运转并能抵当机械应力，使其合用于功率电子范畴中请求刻薄的操纵处景，如高频功率转换和高效电源等。
这些物理特征的连系使氮化镓可以或许或许或许以松散的形状完成出色的机能，从而鞭策各行业的立异成长。

晶体管功率器件的操纵规模

功率器件根据材料和器件的差别，具备差别的功率（VA）和任务频次规模。罗姆起头开辟氮化镓器件，将其作为对碳化硅和硅器件的补充。氮化镓高电子迁徙率晶体管（HEMT）无望成为一种能在中压规模内完成极高频次运转的器件。
氮化镓手艺比拟传统的硅半导体具备明显上风，包含更高的速率和更低的电阻，这使得氮化镓功率晶体管愈来愈多地操纵于大功率和高频器件中，合用于电子装备电源等操纵处景。集成电路在前进效力、削减尺寸和降落功率转换体系本钱方面起着相当首要的感化。

●High Power
●High voltage (>650V)
●High frequency (20 to 200kHz)

EV inverter, HV DC/DC, OBC
Server primary power supply
Solar/wind power　
Industrial power supply
Railroad

SiC

●Middle power
●Middle voltage (100 to 650V)
●High frequency (More than 200kHz)

Server power supply for data center
Base station power supply
Small AC adaptor(consumer)
Automotive OBC, 48V DC/DC

GaN

将氮化镓拓展至更高功率水平

完成更高功率密度

将氮化镓拓展至更高功率水平对完成功率电子体系中的更高功率密度相当首要。经由进程前进氮化镓器件的功率处置才能，设想职员可以或许或许或许开辟出更松散和高效的电力体系，以知足电动汽车、可再生动力体系和数据中间等新兴操纵的须要。今朝正在研发可在更高功率水平下运转的氮化镓功率晶体管和氮化镓功率集成电路（IC），从而有助于开辟更高效、更松散的电力体系。氮化镓手艺立异（如氮化镓功率晶体管和氮化镓功率IC）的操纵估计将鄙人一代功率电子体系的成长中阐扬关头感化。
这些前进将鞭策高效、高频功率转换的将来成长，使氮化镓成为古代功率电子范畴的基石。

氮化镓功率处置打算的上风和挑衅

氮化镓比拟传统的基于硅的功率电子产物具备诸多惹人注视的上风。其首要的上风之一是可以或许或许或许完成更高的功率密度，这有助于开辟体积更小、效力更高的功率转换器和机电驱动器。氮化镓功率晶体管以其更快的开关速率、更低的导通电阻和更高的热导率而著名，使其成为高频和大功率操纵的抱负挑选。出格是氮化镓高电子迁徙率晶体管（HEMTs）在完成这些上风方面起着关头感化，因为它们可以或许或许或许在比传统硅基晶体管更高的温度和电压下运转。
这些特征使氮化镓器件可以或许或许或许在更高的温度下运转，削减对大型散热体系的须要，并晋升全体体系的靠得住性。另外，氮化镓功率的高效力转化象征着更低的能耗和更低的经营本钱，这使其成为从花费电子产物到产业电源和可再生动力体系等诸多操纵范畴的首选。
氮化镓高电子迁徙率晶体管的最大上风在于其在高频下的运转才能。它们可以或许或许或许在跨越3MHz的频次下任务，而不只仅是几百kHz。那末，为甚么要朝着前进电源频次的标的目标尽力呢？这是因为电源供给中最大的组件是无源器件，即电容器和电感器（线圈）。经由进程前进频次，这些组件可以或许或许或许完成小型化。但是，今朝高频运转面对两个挑衅。一个是须要在高达3 MHz的高频下运转的功率节制器IC。另外一个挑衅触及电感器和线圈等磁性元件。合适高频运转的磁性元件还不贸易化，今朝也不明白的处置打算。以后的电感器和电容器在高频特征方面存在题目，在跨越1MHz的频次下不能抱负地运转。是以，今朝很难让氮化镓高电子迁徙晶体管在MHz规模内运转，仅委曲可用。换句话说，若是不处置这些挑衅，就没法充实阐扬氮化镓高电子迁徙率晶体管的机能。但是，经由进程前进耐压值，可以或许或许或许在无需大幅前进频次的环境下阐扬氮化镓高电子迁徙率晶体管的上风。这便是为甚么在交换适配器中会接纳650V耐压产物并获得普遍操纵的缘由。
为了充实操纵氮化镓高电子迁徙率晶体管的上风，有须要操纵公用的栅极驱动IC来设想最合适高频驱动的功率电路。这触及挑选电路拓扑布局、优化变压器（磁性元件）和实行噪声和散热应答办法。
当氮化镓高电子迁徙率晶体管在高频下驱动时，当高速指令（旌旗灯号）输入到栅极电极时会产生振铃景象。是以，当测验考试在MHz规模内驱动用于诸如交换适配器和USB充电器等操纵时，噪声和热设想变得具备挑衅性。高频运转还会碰到如许的题目：装置氮化镓高电子迁徙率晶体管的电路板的寄生电感会搅扰其运转，使其没法一般任务。根据与硅功率MOSFET不异的体例停止设想会致使各类题目。

栅源电压VGS额外值较低题目标应答方式（GaN HEMT）: 规范氮化镓高电子迁徙率晶体管（HEMTs），额外电压为200V或以下，因其布局设想，其栅源电压（VGS）的额外值凡是为6V，栅极驱动电压为5V。这致使栅极驱动电压裕量很窄，唯一1V。额外电压是毫不能跨越的关头阈值，一旦跨越，就有可以或许激发运转题目、机能降落，最严重的环境会致使器件毛病。是以，切确节制对确保栅极驱动电压坚持在VGS额外值内相当首要。这一请求对氮化镓高电子迁徙率晶体管的普遍操纵组成了严重挑衅。
封装处置困难的应答方式（GaN HEMT）: 很多氮化镓高电子迁徙率晶体管操纵如BGA（球栅阵列）等封装，这对通俗电路设想职员来讲并不熟习，使得装置和检测进程具备挑衅性。为了处置这些困难，倡议接纳具备高度通用性的封装，如DFN5060。DFN5060封装具备高靠得住性和优良的板载机能，撑持大电流，并具备优良的散热机能。另外，与传统封装比拟，铜夹片键合封装手艺有用地将寄生电感值降落了55%，从而在高频运转时能完成优良的开关特征。
应答噪声对策和热设想庞杂性的处置方式（GaN SiP）: 虽然氮化镓高电子迁徙率晶体管无望在减小尺寸和前进功率转换效力方面阐扬首要感化，但与硅MOSFET比拟，其栅极处置的庞杂性须要操纵公用的栅极驱动器。为了处置这一题目，将氮化镓高电子迁徙率晶体管和栅极驱动器集成在一个封装中的体系级封装（SiP)或Power Stage IC，对电力电路工程师来讲会是一种方便的处置打算，能大幅简化装置进程。

罗姆现有氮化镓产物系列（EcoGaN™）

｜650V GaN HEMT

｜DC-DC Controller for GaN

｜Gate Driver ICs for GaN

｜Power Stage ICs

罗姆行将推出的氮化镓产物（Eco GaN™）

ROHM upcoming GaN products including discrete,driver ,power stage ,and all-in one.

对于[可供样品]和[样品MM/YY]，您可以或许或许或许经由进程点击下方的产物称号下载试用版数据手册。请注重，因为这些文件仍在更新中，规格参数若有变革，恕不另行告诉。当您点击检查相干材料时，体系会提醒您登录MyROHM。经由进程注册MyROHM，您将可以或许或许或许检查和下载这些材料。

Upcoming Discretes

【TOLL Package】

【TOLT Package】

Upcoming Drivers

【Single GDIC】

Upcoming Power Stages

【DFN Package】

【TOLL Package】

【TOLT Package】

Upcoming All-in-One

【QR Flyback】

【BCM PFC】

Upcoming Controller

【TP-PFC】

助力操纵机能晋升的氮化镓参考设想

REFACDC047 接纳GaN HEMT的功率因数校订，240W 400V BM3G007MUV参考板

产业装备电源～罗姆操纵此款Gan Power Stage，完成功率因数校订且最高效力晋升至了97.8%。

EVK using GaN

BM3G007MUV-EVK-002参考板可将90 Vac至264 Vac的输入电压转换为400 V电压输入。输入电流最高可达0.6 A。BM3G007MUV内置氮化镓HEMT（650V ，70 mΩ）、驱动器和掩护电路。经由进程操纵这个Gan Power Stage，最高效力晋升至97.8%。> 检查更多