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)。
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201904/399836.htm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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