德州儀器(TI)推出了一種新的集成氮化鎵(GaN)功率級(jí)產(chǎn)品家族，該家族采用了一種低成本緊湊的四方扁平無引線(OFN)封裝，封裝尺寸為12毫米x12毫米。這種擴(kuò)大的QFN封裝可以顯著受益于GaN的快速轉(zhuǎn)換率和高開關(guān)頻率能力，并通過較大的暴露熱墊提高其熱性能，顯示出比其他流行的表面貼裝封裝(如廣泛用于分立功率器件的TO Lead-Less和D2PAK)更好的散熱能力。憑借適當(dāng)?shù)臒嵩O(shè)計(jì)，TI以QFN 12x12格式封裝的新型LMG342xGaN功率級(jí)產(chǎn)品能夠完全滿足高功率(>3 kw)轉(zhuǎn)換應(yīng)用的需求。
*附件：具有集成驅(qū)動(dòng)器和自我保護(hù)功能的 GaN FET 將如何實(shí)現(xiàn)下一個(gè)基因.pdf

1. 引言

• ?背景?：隨著物理極限的逼近，傳統(tǒng)硅基功率器件（如MOSFET和IGBT）在提升功率密度時(shí)面臨效率、尺寸和散熱的挑戰(zhàn)。
• ?GaN優(yōu)勢(shì)?：GaN半導(dǎo)體具有更快的開關(guān)速度和更高的效率，適用于高壓應(yīng)用，正逐步替代傳統(tǒng)硅基功率解決方案。
  

2. GaN FET的新集成方式

• ?傳統(tǒng)問題?：在大型數(shù)據(jù)中心、企業(yè)服務(wù)器和電信交換中心等電力系統(tǒng)中，F(xiàn)ET通常與其柵極驅(qū)動(dòng)器分開包裝，導(dǎo)致額外的寄生電感和高頻下的性能限制。
• ?集成優(yōu)勢(shì)?：TI的GaN FET（如LMG3425R030）集成了柵極驅(qū)動(dòng)器，最小化寄生電感，提供高達(dá)150 V/ns的上升率，降低損耗并減少電磁干擾。

3. 提升功率密度和效率

• ?拓?fù)浜?jiǎn)化?：集成GaN FET使拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，如圖騰柱功率因數(shù)校正，降低轉(zhuǎn)換損耗，簡(jiǎn)化熱設(shè)計(jì)并減小散熱器尺寸。
• ?效率與成本節(jié)約?：在相同尺寸的1U機(jī)架服務(wù)器中，GaN器件實(shí)現(xiàn)的功率密度是硅MOSFET的兩倍，同時(shí)達(dá)到99%的效率。對(duì)于每天轉(zhuǎn)換30 kW電力的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)，每月可節(jié)省超過27 kW的電力，相當(dāng)于每月節(jié)省約2,000美元，每年節(jié)省約24,000美元。

4. 可靠性與保護(hù)功能

• ?保護(hù)特性?：集成電流限制和過溫檢測(cè)功能，防止擊穿和熱失控事件，系統(tǒng)接口信號(hào)實(shí)現(xiàn)自監(jiān)控能力。
• ?可靠性測(cè)試?：這些GaN器件經(jīng)過了4000萬小時(shí)的設(shè)備可靠性測(cè)試，包括加速和在應(yīng)用中的硬開關(guān)測(cè)試，確保了高可靠性。

5. 應(yīng)用范圍與市場(chǎng)前景

• ?目標(biāo)應(yīng)用?：LMG3422R030、LMG3425R030、LMG3422R050和LMG3425R050 GaN器件針對(duì)高功率密度和高效率應(yīng)用，適用于從低于100W到10kW的廣泛范圍。
• ?市場(chǎng)前景?：GaN技術(shù)正推動(dòng)電源電子產(chǎn)品的變革，特別是在需要高效率和功率密度的應(yīng)用中，如5G電信整流器、服務(wù)器計(jì)算和汽車、工業(yè)和可再生能源市場(chǎng)。

6. 結(jié)論

• ?技術(shù)優(yōu)勢(shì)?：GaN器件在功率密度和效率方面遠(yuǎn)超硅基器件，同時(shí)滿足80 Plus Titanium等高標(biāo)準(zhǔn)要求。
• ?工程挑戰(zhàn)?：GaN技術(shù)的廣泛應(yīng)用需要高質(zhì)量的晶體生長(zhǎng)、優(yōu)化的介質(zhì)薄膜和非常干凈的制造工藝接口，以及精湛的測(cè)試和封裝技術(shù)。