SuperGaN使氮化镓产品更高效

发布时间:2023-10-18  


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1 专注GaN的垂直整合

Transphorm 是GaN(氮化镓)功率半导体领域的全球领先企业,致力于设计和制造用于新世代电力系统的高性能、高可靠性650 V、900 V 和1 200 V( 目前处于开发阶段)氮化镓器件。

Transphorm 拥有1 000 多项专利,氮化镓器件为单一业务。Transphorm 是唯一一家以垂直整合商业模式运营的上市公司,这意味着在器件开发的每个关键阶段,我们均能做到自主可控和创新——包括GaN HEMT 器件设计、外延片材料、晶圆制程工艺,直至最终氮化镓场效应晶体管芯片。因此,我们的氮化镓器件能够使效率超过99%、将功率密度提高50%、以及将系统成本降低20%。

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Philip Zuk(Transphorm业务发展和市场营销高级副总裁)

2 SuperGaN的优势

Transphorm 的 SuperGaN® 技术是一种共源共栅(cascode)结构的常闭耗尽型(normally-off d-mode)氮化镓平台。该平台特点使得SuperGaN 具备了增强型(e-mode)氮化镓所不能比拟的优势,包括:

●   业界领先的可靠性(FIT< 0.03);

●   较高的饱和电流可减少对并联器件的需要;

●   基于基础物理特性的极低电阻温度系数(TCR);

●   由于器件复杂度低,并具有出色的栅极安全裕度(±20 V 栅极稳健性和4 V 抗噪性),因而易于设计;

●   可与现成驱动器配对,因而易于驱动;

●   易于制造(具有与硅器件相似的良率);

●   良好的设计多样性(可提供即时替代的封装;可提供高性能封装,能用单个Transphorm 器件替代多个并联的e-mode 氮化镓器件或硅器件);

●   业界最多的器件封装选择(SMD、TO-XXX、TOLL、TOLT 等) 。

最终,上述优势使 Transphorm 的高压氮化镓场效应晶体管产品组合能够满足当今广泛的市场应用、支持最宽的功率级范围(45 W~10+ kW)。这些市场应用包括:电源适配器/ 充电器;电脑游戏/ 算力应用PSU;数据中心 PSU;航天航空PSU;广泛的工业系统(高可靠的电源模块、UPS 等);可再生能源/ 太阳能光伏微型逆变器;电动出行系统。

3 平台类型不同,导致GaN产品差异

业界普遍存在一种误解,即认为无论平台类型如何(e-mode 或 normally-off d-mode),所有氮化镓器件都是一样的。然而事实并非如此。

据我们了解,一些客户对使用氮化镓技术心存顾虑,因为有过使用e-mode 氮化镓解决方案出现现场失效的负面体验。我们的理解是,这些故障要么是由于性能和可靠性问题,要么是由于e-mode 的栅极安全裕度较低,以及定制驱动器要求产生的复杂性,给电力系统的基本设计带来了困难。

这些是Transphorm 选择开发normally-off d-mode平台的几个原因。在我们的SuperGaN 平台中,氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)与一个低压硅MOSFET 配对,这种配对解决了e-mode 经常会面临的问题。由于硅MOSFET 电压较低,因此SuperGaN 器件可由众所周知的常用硅驱动器驱动,简单易使用,同时还拥有硅管的稳健性和可靠性,并可发挥出GaN HEMT自身的全部性能优势。

SuperGaN 技术平台的丰富设计经验、性能和可靠性,是Transphorm 氮化镓器件目前被前面所列市场中45 W~7 kW+ 应用所广泛采纳的原因,也是我们能够推出900 V 平台、并正在开发1 200 V 平台的原因。1 200 V 的电压使氮化镓成为电动出行应用中极具吸引力的解决方案,因而对碳化硅(SiC)技术构成挑战。目前还没有任何一家e-mode 器件制造商号称具有相同能力。

氮化镓刚刚进入市场的初期,我们与客户合作进行应用开发的过程中,还了解到一些其他的次要挑战。这些挑战与固件开发有关:当时,习惯于模拟系统的电力系统市场对固件开发还有些陌生。Transphorm 通过与Microchip 公司合作,将后者的 dsPIC 数字电源插件模块 (PIMs) 纳入我们的参考设计中,从而解决了这一问题。为客户提供预编程固件选项,让客户可以接触到既Microchip 的支持工具和团队,以进行定制固件开发。

4 小结

如上所述,Transphorm 的氮化镓平台可以帮助客户经常遇到的一些技术问题。我们引以为傲的是,Transphorm 创造了氮化镓行业的许多“第一”,帮助市场和客户认识到氮化镓技术优异的稳健性、高性能和可靠性——因此,可以作为颠覆各应用市场的功率转换技术。我们已经帮助许多客户向市场推出了改变旧有形态的新产品,如革命性的医疗设备电池系统、便携式发电机、世界上首个集成化微型逆变器系统、高性能UPS系统等。我们也期待能帮助更多客户实现同样的目标。

(本文来源于《电子产品世界》杂志2023年10月期)

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