ST(意法半導(dǎo)體)推出了MasterGaN平臺(tái)，該平臺(tái)集成了基于硅技術(shù)的半橋驅(qū)動(dòng)器和一對(duì)氮化鎵功率晶體管。ST在接受EE-Times采訪時(shí)強(qiáng)調(diào)了這個(gè)新平臺(tái)如何通過提供更輕的方案，3倍充電時(shí)間以及80%的系統(tǒng)體積縮小。但最重要的是，它簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，從而優(yōu)化了上市時(shí)間。

MasterGaN將硅與GaN相結(jié)合，以加速下一代緊湊高效的電池充電器和電源適配器的開發(fā)，適用于高達(dá)400W的消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用。通過使用GaN技術(shù)，新設(shè)備可以在優(yōu)化效率的同時(shí)處理更多的功率。ST強(qiáng)調(diào)了GaN與驅(qū)動(dòng)器的集成如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并具有更高的性能水平。

GaN市場(chǎng)前景

GaN晶體管是當(dāng)今“最Cool”的元件之一。它的具有高的斷態(tài)擊穿強(qiáng)度以及導(dǎo)通狀態(tài)下的優(yōu)異溝道導(dǎo)電性，使器件效率更高并且溫升更小，即便在高溫和極端條件下。這就是為什么這種材料在許多關(guān)鍵部門得到廣泛應(yīng)用的主要原因之一，在這些部門，對(duì)大電流是主要需求。

目前的GaN市場(chǎng)通常由分立功率晶體管和驅(qū)動(dòng)集成電路組成，這需要設(shè)計(jì)者學(xué)習(xí)新的實(shí)現(xiàn)技術(shù)以獲得最佳性能。ST的MasterGaN方法旨在提供更快的上市時(shí)間，同時(shí)在更小的面積內(nèi)保持高效的性能，同時(shí)簡(jiǎn)化組裝復(fù)雜度，并用更少的組件提高系統(tǒng)可靠性。ST表示，利用GaN技術(shù)和集成產(chǎn)品，充電器和適配器相比標(biāo)準(zhǔn)硅基解決方案，減少80%的尺寸和70%的重量。

在功率GaN晶體管中，溫度起重要作用的元件有兩個(gè)參數(shù)：工作損耗的RDSon和與之相關(guān)的開關(guān)損耗的跨導(dǎo)。保持小溫升有很多好處，具體如下：

在最惡劣的運(yùn)行條件下防止熱失控

總體上減少散熱開銷

提高系統(tǒng)性能和效率

增加系統(tǒng)功率密度

提高電路的可靠性

ST的解決方案

ST的MasterGaN1平臺(tái)，包含兩個(gè)半橋GaN功率晶體管，集成了高邊和低邊硅驅(qū)動(dòng)器。該平臺(tái)使用600V半橋門驅(qū)動(dòng)器和常關(guān)型GaN晶體管(HEMT)。

高電子遷移率允許GaN晶體管僅為硅MOSFET開關(guān)的1/4。此外，在給定的工作模式下，開關(guān)損耗大約是硅晶體管的10%到30%。因此，GaN高電子遷移率晶體管(HEMTs)的驅(qū)動(dòng)頻率比硅MOSFET、IGBT高得多。由于GaN-HEMTs具有極化效應(yīng)，所以需要增加極化網(wǎng)絡(luò)，芯片供應(yīng)商已將其集成到器件中。

與基于硅的傳統(tǒng)解決方案相比，氮化鎵在功率轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了顯著的改進(jìn)：更高的功率效率、更小的尺寸、更輕的重量和更低的總體成本。

MasterGaN的內(nèi)置功率Gan具有150MΩ的RDSon和650V擊穿電壓，內(nèi)置柵極驅(qū)動(dòng)器的高壓側(cè)可以很容易地由內(nèi)置的自舉二極管供電。

圖1:MasterGaN1的框圖。

圖2:MasterGaN1的開發(fā)板。

MASTERGAN1邏輯輸入與3.3V到15V的信號(hào)兼容，因此提供了與微控制器和各種傳感器的簡(jiǎn)單接口。上下驅(qū)動(dòng)器均設(shè)有UVLO保護(hù)，防止電源開關(guān)在低效或危險(xiǎn)條件下工作，聯(lián)鎖功能可避免交叉?zhèn)鲗?dǎo)情況。

這些器件將以引腳兼容的半橋產(chǎn)品形式提供，允許工程師以最小的硬件更換來擴(kuò)展。利用GaN晶體管的低導(dǎo)通損耗和二極管恢復(fù)特性，該產(chǎn)品在高端高效拓?fù)渲刑峁┝烁叩恼w性能，如有源箝位反激或正激，諧振，PFC極無橋圖騰和其他軟、硬開關(guān)拓?fù)洌糜贏C/DC和DC/DC變換器。

EVAL MASTERGAN1評(píng)估板允許評(píng)估MASTERGAN1的特性并快速創(chuàng)建新拓?fù)洌鵁o需進(jìn)行完整的PCB設(shè)計(jì)。板上提供了一個(gè)可編程的死區(qū)時(shí)間發(fā)生器，帶有一個(gè)VCC電源(6 V型)。集成3.3V線性電壓調(diào)節(jié)器為微控制器或FPGA提供邏輯。該電路板同時(shí)提供定制化功能，如使用外部自舉二極管，各種解決方案的獨(dú)立電源，以及峰值電流拓?fù)涫褂玫蛡?cè)并聯(lián)電阻。