自主、可靠的電源：GaNFAST 與 GanSENSE

硅和碳化硅中的 IGBT 和 MOSFET 以類似方式驅(qū)動(dòng)。該器件在 10-20 V 的柵極驅(qū)動(dòng)下開啟，通常關(guān)閉至 0 V 或負(fù)電壓以實(shí)現(xiàn)更高的功率水平。分立增強(qiáng)型 GaN 器件通常需要 5-7 V 的柵極驅(qū)動(dòng)，并且可能還需要負(fù)電壓來關(guān)閉它們。如果沒有正確優(yōu)化，性能和可靠性都會受到影響。這是因?yàn)?，雖然 GaN 是一種先進(jìn)材料，但分立 GaN FET 確實(shí)有一個(gè)致命弱點(diǎn)：一個(gè)必須小心驅(qū)動(dòng)的柵極節(jié)點(diǎn)。如果柵極上的電壓過低，則 FET 沒有完全導(dǎo)通，因此導(dǎo)通電阻和損耗都很高。如果電壓太高，可能會損壞柵極。

為了解決這個(gè)問題，GaNFast 功率 IC 將 GaN 功率 (FET) 和 GaN 驅(qū)動(dòng)以及控制和保護(hù)集成在一個(gè)表面貼裝封裝中。結(jié)果是可靠、易于使用、高速、高性能、“數(shù)字輸入、電源輸出”的構(gòu)建塊。自 2018 年初獲得認(rèn)證以來，GaNFast IC 已成為行業(yè)領(lǐng)先的快速和超快速移動(dòng)充電器解決方案，客戶包括三星、戴爾、聯(lián)想和 LG。截至 2022 年 3 月，已出貨超過 4000 萬臺，與 GaN 相關(guān)的現(xiàn)場故障報(bào)告為零。

結(jié)果是優(yōu)化和可重復(fù)的逆變器性能，實(shí)現(xiàn)了出色的可靠性。電源開關(guān)可以通過簡單的數(shù)字信號進(jìn)行控制，去除大量外部元件，并提高尺寸和元件數(shù)量，甚至超越硅解決方案。8這對于緊湊型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來說是個(gè)好消息，其中 VSD 的尺寸現(xiàn)在可以變得如此之小，以至于它可以很容易地裝入電機(jī)外殼中。

2021 年，采用 GaNSense 技術(shù)的新型 GaNFast 功率 IC 引入了系統(tǒng)感應(yīng)功能，例如過熱和過流檢測，以及自主自我保護(hù)能力。與分立硅或分立 GaN 方法相比，GaNSense 技術(shù)僅能在 30 ns 內(nèi)“檢測和保護(hù)”——比硅或 GaN 分立器件快 6 倍——提高了系統(tǒng)級可靠性。

無損電流檢測可以去除大而昂貴的分流電阻器，進(jìn)一步減小系統(tǒng)尺寸和成本，同時(shí)保持快速過流保護(hù)以提高系統(tǒng)穩(wěn)健性。這在用于工廠自動(dòng)化的工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中非常重要，并有助于設(shè)計(jì)人員在其產(chǎn)品中實(shí)施功能安全概念。

過溫保護(hù)電路可以對封裝中的電源開關(guān)進(jìn)行溫度測量，而散熱器上的溫度傳感器的精度要低得多。這對于許多工業(yè)和消費(fèi)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用很重要，在這些應(yīng)用中，冷卻系統(tǒng)可以通過液體流速或冷卻風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)整。內(nèi)置的過溫保護(hù)電路會在溫度過高的情況下關(guān)閉 GaN IC，從而保護(hù)系統(tǒng)。

電機(jī)逆變器已經(jīng)以多種不同的方式實(shí)現(xiàn)，主要使用 IGBT 的低成本和電流處理能力。比較了當(dāng)今可用的方法(以分立 IGBT 作為基準(zhǔn))：

· 智能電源模塊將一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器與六個(gè)電源開關(guān)組合在一個(gè)封裝中，從而節(jié)省系統(tǒng)尺寸和組件數(shù)量，同時(shí)減少設(shè)計(jì)工作。

· 硅 MOSFET，尤其是超結(jié) MOSFET，已在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中得到越來越多的使用，從而提高了輕負(fù)載效率。使用 SiC MOSFET 可以在全負(fù)載范圍內(nèi)獲得更好的效率，但會縮短短路耐受時(shí)間。

· 分立的 GaN FET 有助于進(jìn)一步降低功耗，但設(shè)計(jì)人員需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的柵極驅(qū)動(dòng)電路。GaN 級聯(lián)組件可以提供標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)，但代價(jià)是更高的功率損耗和成本。

· 具有 GaNSense 的 GaNFast IC 可實(shí)現(xiàn) GaN FET 的固有效率，而無需處理復(fù)雜的柵極驅(qū)動(dòng)電路。無損電流感應(yīng)消除了分流電阻器并提高了效率、空間和成本，而集成保護(hù)電路可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的逆變器解決方案，只需很少的設(shè)計(jì)工作。

集成驅(qū)動(dòng)性能

并非每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都是相同的，消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用的趨勢集中在提高能效、性能、系統(tǒng)成本、總擁有成本以及減小尺寸和重量上。這對世界各地的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來說是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，他們面臨著減少設(shè)計(jì)時(shí)間和上市時(shí)間同時(shí)改善最終客戶體驗(yàn)的壓力。下一代電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將利用 GaN FET 性能和先進(jìn)的傳感技術(shù)，提供必要的穩(wěn)健性和保護(hù)，讓您高枕無憂。