隨著(zhù)半導體技術(shù)的提升，人們逐漸將目標轉向了尋找Si以外新一代的半導體材料。在這個(gè)過(guò)程中，GaN近年來(lái)作為一個(gè)高頻詞匯，進(jìn)入了人們的視野。

GaN和SiC同屬于第三代高大禁帶寬度的半導體材料的代表，由于禁帶寬度大、導熱率高等特性，利用GaN人們可以獲得具有更大帶寬、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小的半導體器件，因此其應用越來(lái)越廣泛。

近日，德州儀器（TI）推出其首款帶集成驅動(dòng)器、內部保護和有源電源管理的GaN FET，分別面向車(chē)用充電器和工業(yè)電源，可以實(shí)現2倍的功率密度和高達99%的效率，并將電動(dòng)汽車(chē)充電器中的電源磁性器件尺寸和車(chē)載充電器尺寸分別縮小了59%和50%。

此次TI帶來(lái)了首個(gè)汽車(chē)級的LMG3525R030-Q1，一款650V GaN FET，具有集成驅動(dòng)器和保護功能。與現有的Si或SiC解決方案相比，使用TI的新型車(chē)用GaN FET可將電動(dòng)汽車(chē)（EV）車(chē)載充電器和DC/DC轉換器的尺寸減少多達50％，從而使工程師能夠延長(cháng)電池續航，提高系統可靠性并降低設計成本。

據TI高壓電源應用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部應用工程師張奕馳介紹，這款產(chǎn)品是基于預測汽車(chē)未來(lái)市場(chǎng)所推出的，利用GaN技術(shù)可為汽車(chē)帶來(lái)更快的充電時(shí)間、更高的可靠性和更低的成本。

TI同時(shí)推出600V工業(yè)GaN FET LMG3425R030，一款功率密度加倍，且所需器件更少的600V工業(yè)級GaN FET，可在更低功耗和更小電路板空間占用的情況下，在A(yíng)C/DC電力輸送應用中實(shí)現更高的效率和功率密度。這款產(chǎn)品在工業(yè)中擁有廣泛的應用，如充電樁、5G、電信、服務(wù)器等。

據張奕馳介紹，該款產(chǎn)品集成了全新的智能死區自適應功能，GaN可以根據負載電流自動(dòng)調節死區時(shí)間，實(shí)現效率最大化。

得益于TI  GaN集成的優(yōu)勢，可以將功率密度增加到非常大，能夠提供大于150 V /ns和大于2.2 MHz的業(yè)界更快切換速度。高壓擺率和高切換速度能夠將電路中的磁元件減少的更小，通過(guò)集成可以將功率磁元件體積減少59%，以及減少十多個(gè)組件需求。

工業(yè)和汽車(chē)用GaN FET兩者有何區別？

據張奕馳介紹稱(chēng)，工業(yè)級和汽車(chē)用GaN FET所要通過(guò)的標準是不同的。再者，兩者之間最大的區別是，工業(yè)是600V的GaN，而汽車(chē)用GaN是650V。主要因為在汽車(chē)方面有些應用所需要的母線(xiàn)電壓會(huì )更高。另一個(gè)非常重要的區別，是汽車(chē)是頂部散熱，工業(yè)是底部散熱。汽車(chē)頂部散熱就提供了更多可能性，可以讓客戶(hù)通過(guò)散熱板、水冷和其他散熱方式更高效的進(jìn)行散熱。

TI的GaN布局

TI是電源管理IC界的翹楚，在傳統解決方案中，通常會(huì )在低成本、高可靠性、小體積以及高性能等方面有所取舍，得益于GaN的優(yōu)質(zhì)特性，TI GaN可以同時(shí)滿(mǎn)足所有這些優(yōu)秀的表現。

TI采取的硅基氮化鎵，將驅動(dòng)集成在硅基層上，使得TI的GaN解決方案更可靠、更具有成本優(yōu)勢、更加實(shí)用。

早在十年前TI就開(kāi)始研發(fā)GaN，當時(shí)就意識到GaN的應用潛力，認為工業(yè)、電信以及個(gè)人電子消費品、企業(yè)電源中將會(huì )有廣闊的應用，因為這些領(lǐng)域都需要非常高的功率密度，并且對可靠性的要求也非常高。

針對這些需求研發(fā)出硅基GaN后與工業(yè)伙伴展開(kāi)緊密合作。例如，與西門(mén)子推出了首個(gè)10千瓦連接云電網(wǎng)的轉換器。同時(shí)，在GaN上完成了超過(guò)4000萬(wàn)小時(shí)的可靠性測試。

據悉，TI所有的GaN生產(chǎn)全部屬于自有，從來(lái)不外包設計，工廠(chǎng)選址在達拉斯，目前正在往更大尺寸的晶圓方向發(fā)展，將來(lái)GaN的成本也會(huì )更低。