GaN HEMT – 氮化镓晶体管

综述

CoolGaN™ —— 新的电源标杆。

氮化镓 (GaN) 相比于硅材料具备决定性的优势。尤其是相较于硅 MOSFET，氮化镓材料具备更高的临界电场、独有的出色导通电阻、更低的电容，使其尤为适用于功率半导体器件，让 GaN HEMT 成为高速开关的理想之选。由此带来的不仅是节能和系统总成本的降低，还有更高的工作频率，从而提高了功率密度和整体系统效率。氮化镓晶体管最重要的特性是其反向恢复性能。由于英飞凌 CoolGaN™ 晶体管无少数载流子和体二极管结构，因此不会出现反向恢复现象，尤为适于半桥拓扑。

英飞凌 CoolGaN™ 高效氮化镓晶体管技术可在高达 600 V 的电压范围内进行功率转换。凭借在半导体市场上积累的长期经验，英飞凌完善了增强模式方案，并可进行大批量端到端生产。领先的质量确保极高的标准，于市场上的一众氮化镓 HEMT 产品中提供了极为可靠且性能优越的解决方案。

采用 CoolGaN™ 的开关模式电源电路将受益于能效及功率密度的提高，这即使在最先进的硅器件中也绝无可能实现的。在 200-250 kHz 以上的高频操作中，开关速度是决定能量传输方式的关键。英飞凌 CoolGaN™ 的超快开关速度让死区时间变得极短。超过 15 年的预计使用寿命以及低于 1 菲特（时基故障）的故障率所展现的可靠性与质量将使客户受益颇多。

和英飞凌的所有功率晶体管一样，CoolGaN™ 系列也获得其系列栅极驱动器的支持，其中就包括了 GaN EiceDRIVER™ 系列。英飞凌单通道隔离 GaN EiceDRIVER™ IC 设计简洁，专为高压 CoolGaN™ 600V 开关的高效工作开发，通过提供丰富的氮化镓评估板以缩短上市时间。

英飞凌高性能 CoolGaN™ 增强模式 HEMT 将采用顶部及底部冷却型 SMD 封装，可在相应应用中实现极高的效率和功率密度，以及极佳的热性能。此类增强模式 HEMT 具备市场上无出其右的耐用性能，针对消费和工业应用，如服务器、数据通信、电信通信、适配器、充电器、无线充电及音频产品。

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Fundamentals of 600 V CoolGaN™ transistors

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应用

氮化镓 CoolGaN™ 增强模式 HEMT 的应用案例

横跨多个应用场合，英飞凌氮化镓 CoolGaN™ 系列显著提高了各类系统的价值。此类增强模式 HEMT 具备市场上无出其右的耐用性能，针对消费和工业应用，如服务器、数据通信、电信通信、适配器、充电器、无线充电及音频产品。

在如服务器电源和电信等高功率应用中使用英飞凌 CoolGan™，可节约成本，提高单位机架的功率。由于其硬开关能力，CoolGan™ 可简化控制方案。同时相较于次优的硅替代品，CoolGan™ 还具备效率优势。

氮化镓技术在适配器和充电器电源中的应用是小巧轻便、高效解决方案在功率密度上的突破。在无线电力传输中，使用英飞凌 CoolGan™ 可在更高功率水平上实现高效率，并在 E 类设计中实现最佳调谐。

D 类音频产品中的 CoolGan™ 400V 器件极大地提高了音频性能，可获得出类拔萃的音频质量。此外，CoolGan™ 产品几无热设计限制，极其易于使用并兼容英飞凌 MERUS ™ D 类音频放大器。

服务器开关电源

在图腾柱PFC中结合LLC DC-DC阶段使用CoolGaN™能够实现 >98.5%系统效率（适用于48V 输出电压系统），让美国的数据中心每年节省总数20亿kWh的电流 (每年节省大约 3亿 美金@ 0.15 USD/kWh)。使用GaN的SMPS解决方案通过将功率密度从今天典型的~30..40 W / in3硅基础解决方案推至> 80W / in3，从而为每个机架提供更高的计算能力。

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电信开关电源

节省运营支出（OPEX）和资本支出（CAPEX），整体电源足迹和最高稳健性的解决方案已经，并将继续成为电信基础设施发展的重点。英飞凌的CoolGaN™解决方案通过在整个操作范围内提供基准效率，在遵循英飞凌严格的认证制度的同时最大化功率密度， 从而应对这些挑战。

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适配器和充电器

英飞凌的CoolGaN™是适配器和充电器系统功率密度方面的突破，启用~20W/in3 功率密度系统（最大输出功率为65W）。此效能是由通过在半桥拓扑中应用CoolGaN™，同时增加开关频率和效率而被实践。

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无线通电

启用CoolGaN™可在E类放大器中实现最佳调谐，尤其是30W以上，并且在6.78MHz无线充电中效果优于硅

  • 较小并线性的输出电容即使在较低的Vds下也不会大幅增加，使得ZVS在较宽的负载电阻范围内成为可能
  • 与等效硅MOSFET相比，QG非常低
  • 5V栅极驱动，栅极驱动损耗非常低
  • 坚固的器件 - 自钳位栅极代替肖特基栅极结构
  • 质量和可靠性：例如没有动态RDS(on)
  • 容量和稳定供应

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D类音频放大器

由于英飞凌CoolGaN™的独特特性，其技术可以接近D类音频放大器的理论上理想性能，完美的匹配以下应用: 体二极管的零反向恢复电荷（Qrr），线性输入和输出电容，以及极快的开关速度（最低Qgd和Rg）而达到了理想的开关波行。这理想的开关波形是最大化音频性能和有效降低D类音频放大器功率损耗必须具有的条件。

CoolGaN™400V电子模式HEMT即将开发。

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