德州儀器用2000萬(wàn)小時(shí)給出使用氮化鎵（GaN）的理由

    在多倫多一個(gè)飄雪的寒冷日子里。

　　我們幾個(gè)人齊聚在本地一所大學(xué)位于地下的高級電力電子研究實(shí)驗室中，進(jìn)行一場(chǎng)頭腦風(fēng)暴。有點(diǎn)諷刺意味的是，話(huà)題始終圍繞著(zhù)熱量，當然不是要生熱取暖，而是如何減少功率轉換器產(chǎn)生的熱量。我們已經(jīng)將MOSFET和IGBT分別做到了極致，但是我們中沒(méi)有人對此感到滿(mǎn)意。在這個(gè)探討過(guò)程中，我們盤(pán)點(diǎn)了一系列在高壓環(huán)境中失敗的設備。

　　在那個(gè)雪花漫天飛舞的日子里，我們聚焦于選擇新方法和拓撲，以尋求獲得更高的效率和密度，當然也要找到改進(jìn)健全性的途徑。一位高級研究員幫助總結了我們面前的挑戰：“我們能實(shí)現所有這些設想。但首先，請給我完美的電源開(kāi)關(guān)?！边@句話(huà)里蘊含著(zhù)的半是沮喪，半是希望。

　　而在數年后，堪稱(chēng)完美的電源開(kāi)關(guān)終于問(wèn)世。2018年，我們發(fā)布了600-V 氮化鎵(GaN) FET系列產(chǎn)品，包括LMG3410R070、LMG3411R070和LMG3410R050，它們具有集成式驅動(dòng)器和保護裝置。每件設備都能做到兆赫茲開(kāi)關(guān)和提供數千瓦功率 - 這實(shí)現了前所未有的更小巧和更高效率的設計。

　　在正式發(fā)布之前，TI投入大量人力物力， 累計進(jìn)行了超過(guò)2000萬(wàn)小時(shí)的設備可靠性測試，使得電源設計工程師可以更放心地在各種電源應用中使用氮化鎵。

　　圖片：TI高壓電源應用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部氮化鎵功率器件產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理 Steve Tom先生展示氮化鎵產(chǎn)品

　　“完美電源開(kāi)關(guān)”的飄然而至

　　TI始終引領(lǐng)著(zhù)提倡開(kāi)發(fā)和實(shí)施全面性方法，確保在嚴苛操作環(huán)境下，GaN設備也能夠可靠地運行和具有出色的使用壽命。為此，我們用傳統的硅方法制作GaN的硅基，從而利用硅的內在特性。此外，壓力測試需要包括常見(jiàn)于開(kāi)關(guān)電源設備的硬開(kāi)關(guān)工作模式，而這恰恰是傳統硅晶體管無(wú)法解決的問(wèn)題。TI的測試主要集中于以下四個(gè)領(lǐng)域：

　　? 設備可靠性：符合設備的工程設計;構建設備內在的使用壽命。

　　? 應用健全性：在加速環(huán)境下，整合任務(wù)剖面條件，模擬真實(shí)應用情形。

　　? 制造：專(zhuān)注于生產(chǎn)流程優(yōu)化和產(chǎn)能改進(jìn)。

　　? 符合電子工程設計發(fā)展聯(lián)合協(xié)會(huì )(JEDEC)質(zhì)量要求：通過(guò)提速測試設備質(zhì)量和存活能力，來(lái)預見(jiàn)產(chǎn)品的低缺陷率和故障率。

　　2000萬(wàn)小時(shí)設備可靠性測試與計量

　　此外，2017年是電力電子行業(yè)振奮人心的里程碑之年。 JEDEC宣布制定完成了JC-70.1，它規范了GaN的可靠性和質(zhì)量認證流程、數據資料表、參數以及測試和特性表征方法。德州儀器公司是JC-70.1標準的創(chuàng )始人與積極倡導者之一，基于2000萬(wàn)小時(shí)的可靠性測試，TI始終致力于幫助整個(gè)行業(yè)，進(jìn)一步從我們提供的方法論、專(zhuān)業(yè)技術(shù)和高科技知識中獲益。

　　完美的電源開(kāi)關(guān)不再是幾個(gè)人在冰冷地下研究室中的奢望。夢(mèng)已成真。新穎的電源開(kāi)關(guān)使設計人員能夠充分發(fā)揮他們的能力：讓產(chǎn)品達到史無(wú)前例的功率密度和效率。

　　其他資源

　　? 閱讀博文，“尺寸減半，功率翻番：氮化鎵(GaN)如何變革機器人、可再生能源和電信等眾多領(lǐng)域”。

　　? 下載這些應用說(shuō)明：

　　- 高密度電源設計中的過(guò)電流保護

　　- GaN功率級設計中的熱思考

　　本文作者：德州儀器 (TI) 氮化鎵解決方案高級技術(shù)戰略經(jīng)理 Masoud Beheshti