PCIM 上各家公司的最新GaN 功率半導(dǎo)體產(chǎn)品

電力電子制造商在 PCIM Europe 上展示了他們最新的 GaN 和 SiC 功率半導(dǎo)體，在功率密度和效率方面大肆宣揚(yáng)。

在PCIM Europe上，電力電子制造商展示了他們?cè)趯拵?(WBG) 技術(shù)方面的最新創(chuàng)新和進(jìn)步。硅功率器件制造商也實(shí)現(xiàn)了性能改進(jìn)。盡管硅在電力電子市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，但 WBG 半導(dǎo)體正在各種應(yīng)用中取得巨大進(jìn)展，包括數(shù)據(jù)中心、工業(yè)控制、汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)。特別是氮化鎵 (GaN) 等 WBG 半導(dǎo)體在快速充電器設(shè)計(jì)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，而碳化硅 (SiC) 預(yù)計(jì)將在 800 伏 (V) 電動(dòng)汽車(chē)中出現(xiàn)巨大需求。

以下是展會(huì)上推出的一系列功率半導(dǎo)體。首先是聲稱(chēng)在尺寸、功率密度和效率方面具有突破性性能的 GaN 器件。

GaN：更高的功率密度和效率

Efficient Power Conversion Corp. (EPC) 宣布推出其增強(qiáng)型 eGaN FET 系列，推出 100V、2.2mΩ EPC2071 GaN FET。EPC2071提供較低的柵極電荷、Q GD和零反向恢復(fù)損耗，可實(shí)現(xiàn) 1 MHz 及以上的高頻操作，并在 10.2 mm 2占位面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率，以實(shí)現(xiàn)高功率密度。

EPC2071 號(hào)稱(chēng)是最小的 100V、2mΩ GaN FET，適用于對(duì)高功率密度性能有苛刻要求的空間受限應(yīng)用。應(yīng)用包括 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)滑板車(chē)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)和電動(dòng)工具以及電信和服務(wù)器電源以及太陽(yáng)能逆變器。

EPC2071 與 EPC 先前的第 4 代產(chǎn)品系列兼容：EPC2021、EPC2022 和 EPC2206。然而，第 5 代在面積 × R DS(on)方面的改進(jìn)使 EPC2071 的導(dǎo)通電阻與上一代相同，但尺寸減小了 26%。

與硅 MOSFET 相比，EPC2071 的尺寸只有相同 R DS(on)的三分之一，死區(qū)時(shí)間可以從 500 ns 減少到 20 ns，以?xún)?yōu)化電機(jī)和逆變器效率并降低噪聲，EPC 說(shuō)。此外，Q G是硅 MOSFET 的四分之一。

EPC 還提供 EPC9174 參考設(shè)計(jì)板，這是一款 1.2kW、48V 輸入至 12V 輸出 LLC 轉(zhuǎn)換器。它具有用于初級(jí)側(cè)全橋的 EPC2071，以及 uP1966E 和 LMG1020 柵極驅(qū)動(dòng)器以及 Microchip dsPIC33CK32MP102 16 位數(shù)字控制器。該電路板尺寸為 22.9 × 58.4 × 10 mm，功率密度為 1472 W/in 3 )，峰值效率為 97.3%(550 W)。滿(mǎn)載效率為 96.3%(12 V)，輸出電流為 100-A。

EPC2071 和 EPC9174 演示板均可從 Digi-Key 立即交付。EPC 還為有興趣用 GaN 解決方案替換其硅 MOSFET 的設(shè)計(jì)人員提供交叉參考工具。

GaN Systems在 PCIM Europe 2022 上展示了使用 GaN Systems 的氮化鎵 (GaN) 功率半導(dǎo)體的幾款具有突破性性能的創(chuàng)新解決方案。展會(huì)上重點(diǎn)介紹的兩種產(chǎn)品包括 100-W/in 3數(shù)據(jù)中心電源和高功率- 游戲筆記本電腦的密度電源。

GaN Systems和xFusion Digital Technologies Co., Ltd. (xFusion) 推出了 xFusion 3-kW 電源單元 (PSU)，被吹捧為第一個(gè) 100-W/in 3 和 80 Plus Titanium 效率解決方案。據(jù) GaN Systems 稱(chēng)，功率密度高達(dá) 100 W/in 3 和 96% 以上的效率，與基于硅的電源相比，電源的尺寸和功耗降低了一半。

xFusion PSU 尺寸為 68 × 183 × 40.5 mm。它支持 90-264 VDC 和 180-300 VAC 輸入、12-V 輸出。

改用 GaN System 的功率晶體管證明了功率級(jí)別從 800 W 到 6 kW 的產(chǎn)品性能的提高。

“對(duì)于數(shù)據(jù)中心中的每組 10 個(gè)機(jī)架，基于 GaN 的 PSU 可以增加 300 萬(wàn)美元的利潤(rùn)，并將數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本和二氧化碳排放量每年減少 100 多公噸，”該公司表示。

GaN Systems 還宣布推出 Phihong Technology 的 280-W GaN 充電器，號(hào)稱(chēng)業(yè)界最高功率密度的游戲筆記本電腦電源。游戲電源采用超緊湊的 160 × 69 × 25 毫米外殼，重 700 克，比傳統(tǒng)的 280-W 游戲充電器小 50%，輕 30%。

Phihong 的 280-W GaN 充電器具有 16 W/in 3 的功率密度，據(jù)稱(chēng)是高效的，具有 95% 的滿(mǎn)載轉(zhuǎn)換效率和 <0.2W 的空載待機(jī)損耗。它還具有零電壓和零電流軟件開(kāi)關(guān)技術(shù)和數(shù)字控制。

Navitas Semiconductor 推出了NV6169，這是一款采用 GaNSense 技術(shù)的新型大功率 650/800 V 額定 GaNFast 電源 IC，將其業(yè)務(wù)范圍擴(kuò)展到數(shù)據(jù)中心、太陽(yáng)能和電動(dòng)汽車(chē)等更高功率的應(yīng)用。新型 GaN 功率 IC 適用于更高功率的應(yīng)用，例如 400-1,000-W 4K/8K 電視和顯示器、游戲系統(tǒng)、500-W 太陽(yáng)能微型逆變器、1.2-kW 數(shù)據(jù)中心 SMPS 和高達(dá) 4-kW/5-hp電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

“與傳統(tǒng)的硅充電器相比，GaN 充電器可以實(shí)現(xiàn) 3 倍的功率或 3 倍的充電速度，同時(shí)節(jié)省高達(dá) 40% 的能源，而尺寸和重量?jī)H為傳統(tǒng)硅解決方案的一半，”Navitas 說(shuō)。該公司補(bǔ)充說(shuō)，它的運(yùn)行速度也比傳統(tǒng)硅快 20 倍。

45 毫歐 NV6169 的導(dǎo)通電阻 (R DS(ON) )降低了 36% ，提供比以前的設(shè)計(jì)多 50% 的功率，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 8 × 8 mm-PQFN 封裝，可實(shí)現(xiàn)高效率、高密度電力系統(tǒng)。

NV6169 是第三代集成 GaN 平臺(tái)中額定功率最高的 IC。GaN 功率 IC 額定工作電壓為 650 V，額定工作電壓為 800 V，峰值額定電壓為 800 V，可在瞬態(tài)事件期間穩(wěn)定工作。GaN 柵極受到全面保護(hù)，器件的額定靜電放電 (ESD) 規(guī)格為 2 kV。

Navitas 采用 GaNSense 技術(shù)的 GaNFast 電源 IC 集成了電源、驅(qū)動(dòng)和控制，具有額外的自主保護(hù)和無(wú)損電流感應(yīng)。他們聲稱(chēng)擁有業(yè)界最快的短路保護(hù)，“檢測(cè)到保護(hù)”速度為 30 ns，比分立解決方案快 6 倍，Navitas 表示。

據(jù)該公司稱(chēng)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，GaN IC 與硅 IGBT 相比可節(jié)省高達(dá) 40% 的能源，消除 30 個(gè)外部組件，并將系統(tǒng)效率提高 8%。

NV6169 可根據(jù) NDA 立即提供給客戶(hù)。批量生產(chǎn)的交貨時(shí)間從 6 周到 16 周不等。提供仿真模型 (PSPICE/LTSPICE/SiMetrix)、3D 封裝模型 (STP) 和應(yīng)用說(shuō)明 (AN-0016)。

Innoscience Technology 和 Silanna Semiconductor 在 PCIM Europe 展示了用于 USB-PD PSU 設(shè)計(jì)的65W有源鉗位反激 (ACF) 參考設(shè)計(jì)，功率密度為 30W/in 3 。該設(shè)計(jì)在 230 VAC 時(shí)實(shí)現(xiàn)了高于 94% 的效率水平，并提供低于 25 mW 的空載功耗。

該設(shè)計(jì)包括 Innoscience 的 INN650D240A 650-V 硅基 GaN 增強(qiáng)模式功率晶體管和 Silanna 的 SZ1131 完全集成的 ACF 控制器。GaN HEMT 可實(shí)現(xiàn)超高開(kāi)關(guān)頻率，并具有無(wú)反向恢復(fù)電荷、低柵極電荷和低輸出電荷的特點(diǎn)。R DS(on)最大值為 240 mΩ。Silanna 聲稱(chēng) CO2 Smart Power SZ1131 提供業(yè)界最高的集成度和運(yùn)行效率 (95%)，具有低于 20 mW 的超低空載功耗。

PCBA 上的 65W 參考設(shè)計(jì)尺寸為 34 × 34.5 × 30.5 mm。它提供 90-265 VAC 的輸入電壓范圍，并提供 5 V/3 A、9 V/3 A、15 V/3 A 和 20 V/3.25 A 的 USB-PD 輸出電壓和電流配置。