支持瓦特到千瓦級應用的氮化鎵技術(shù)

兩年多前，德州儀器宣布推出首款600V氮化鎵（GaN）功率器件。該器件不僅為工程師提供了功率密度和效率，且易于設計，帶集成柵極驅動(dòng)和穩健的器件保護。從那時(shí)起，我們就致力于利用這項尖端技術(shù)將功率級盡可能提高（和降低）。

氮化鎵在任何功率級別都很關(guān)鍵。工程師正努力提高切換速度、效率和可靠性，同時(shí)減小尺寸、重量和元件數量。從歷來(lái)經(jīng)驗來(lái)看，您必須至少對其中的部分因素進(jìn)行權衡，但德州儀器正通過(guò)所有這些優(yōu)勢實(shí)現設計，同時(shí)通過(guò)在一個(gè)封裝中進(jìn)行復雜集成來(lái)節省系統級成本，并減少電路板元件數量。從將PC適配器的尺寸減半，到為并網(wǎng)應用創(chuàng )建高效、緊湊的10 kW轉換，德州儀器為您的設計提供了氮化鎵解決方案。LMG3410和LMG3411系列產(chǎn)品的額定電壓為600 V，提供從低功率適配器到超過(guò)2 kW設計的各類(lèi)解決方案。

通過(guò)導通電阻選擇器件

內部氮化鎵場(chǎng)效應晶體管（FET）的額定值為RDS(on) - 漏極-源極或導通電阻——其在功率轉換器的開(kāi)關(guān)和傳導損耗中起著(zhù)重要作用。這些損失會(huì )影響系統級效率及散熱和冷卻方法。因此，通常來(lái)講，RDS(on)額定值越低，可實(shí)現的功率水平越高，同時(shí)仍保持高效率。但是更高的RDS(on)可能更合適一些應用或拓撲，如圖1所示。

圖 1：采用典型電源拓撲結構的70和50mΩ氮化鎵器件

過(guò)流保護

集成的過(guò)流保護不僅簡(jiǎn)化了用戶(hù)的布局和設計，且在短路或其他故障情況下，高速檢測實(shí)際上對于器件保護非常必要。德州儀器的氮化鎵器件產(chǎn)品組合具有<100-ns的電流響應時(shí)間，可通過(guò)安全關(guān)斷器件并允許其復位來(lái)自我防止意外擊穿事件。這可保護器件和系統免受從故障管腳讀出的故障條件的影響，如圖2所示。

圖 2：LMG3410/LMG3411系列產(chǎn)品的內部器件結構，包括FET、內部柵極驅動(dòng)、壓擺率控制和保護功能

德州儀器的默認過(guò)流保護方法被歸類(lèi)為“電流鎖存”保護；這意味著(zhù)，若在器件中檢測到任何過(guò)流故障，FET將安全關(guān)斷，并在故障復位前保持關(guān)斷狀態(tài)。在我們的70mΩ器件中，故障在36 A觸發(fā)；對于50mΩ器件，故障觸發(fā)器擴展到61 A.

基于不同的應用，一些工程師可能更愿意在合理的瞬態(tài)條件下運行，為此我們提供逐周期過(guò)流保護。通過(guò)逐周期保護，在發(fā)生過(guò)流故障時(shí)，FET將安全關(guān)斷，且輸出故障信號將在輸入脈沖寬度調制器變?yōu)榈碗娖胶笄辶?。FET可在下一個(gè)周期內重啟，且在瞬態(tài)條件下運行，同時(shí)仍能防止器件過(guò)熱。

表1所示為德州儀器的各類(lèi)氮化鎵器件的主要規格、結構和典型系統功率電平。

表1：通過(guò)關(guān)鍵參數選擇氮化鎵

毫無(wú)疑問(wèn)，氮化鎵在半導體競爭中處于領(lǐng)先地位，可用于超級電源開(kāi)關(guān)。因德州儀器的氮化鎵器件正在量產(chǎn)且針對更廣泛的解決方案，我們將繼續為電力行業(yè)的每位成員提供更具可擴展性和可訪(fǎng)問(wèn)性的技術(shù)。

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