2023年3月16日,2023(春季)亚洲充电展在深圳成功举办,展会同期还举办了2023(春季)全球第三代半导体产业峰会,并邀请了15位行业大咖现场与大家探讨第三代半导体,对氮化镓、碳化硅的应用技术以及产业的未来发展进行探讨和分享。
苏州英嘉通半导体有限公司 功率应用副总监 刘亮先生为大家带来《氮化镓功率器件在大功率电源的应用介绍》主题演讲,主要介绍了D-mode/CASCODE结构氮化镓器件的优势,以及英嘉通此类产品的信息。
刘亮先生现任苏州英嘉通半导体有限公司 功率应用副总监 毕业于长江大学自动化专业;8年开关电源设计以及应用相关经验,曾负责多种不同功率和拓扑的开关电源产品设计到量产,相关经验丰富。
英嘉通半导体有限公司成立于2019年2月,位于深圳南山区科技园和苏州相城区高铁新城。公司组建了一支由华为、中兴、国内外知名公司工作多年的团队,在功率半导体领域深耕十多年,具有坚实的芯片设计能力及丰富的半导体产品销售经验。
英嘉通着力于D-mode/CASCODE氮化镓器件设计,目前已推出多款成熟的650V氮化镓功率产品,器件成本竞争优势明显,技术种类齐备,已经得到市场广泛的认可,为不同的功率应用场景提供最简单、经济、高效的解决方案。
英嘉通GaN家族的多种器件类型能够满足不同的客户设计需求,基于英嘉通GaN系列的PD快充方案和适配器方案,具有高功率密度、高效率、低成本、低待机功耗等特点,功率应用范围涵盖5W至300W,性能参数比肩现有商用氮化镓功率器件。
氮化镓功率器件在大功率电源上的应用离不开经典QR和PFC拓扑结构,在这些应用上,氮化镓功率器件相较传统硅MOS,在导通、驱动、关断、电容等方面的损耗表现更好。
氮化镓较低的Coss降低结电容充放电损耗,较低的Qg(主要是米勒电容)降低开关交越损耗,并且在高压输入条件下体现的尤其明显。
此外LLC拓扑架构在大功率产品上的应用也非常多,在此应用上氮化镓功率器件整体也有优势。如氮化镓较低的Coss可以减小死区时间,提高效率;较低的Qrr降低反向恢复损耗。
氮化镓相对传统硅器件性能优势如图,品质因数 RON * QG 同时涵盖了导通损耗及开关损耗,GaN器件相比于Si MOS高出10倍以上。
英嘉通氮化镓功率器件主要是D-mode/CASCODE结构,相较E-mode氮化镓器件,直接兼容 12V/5V 电源芯片,在MOS管驱动控制方面相应比较简洁。同时CASCODE以硅器件为栅极,阈值电压高(1.7V以上或者3.5V),可调范围大,应用安全,不易受干扰。
此外CASCODE栅极耐压范围大(±20V/±30V),栅极驱动余量大,可靠性好,无需栅极钳位电路,且不需要负压关断。由于栅极可靠性好,可以采用散热更好的TO 封装形式,在高功率应用有很大优势。
英嘉通针对D-mode氮化镓器件的应用特点,推出以蓝宝石基氮化镓为基础的650V级联器件。
包括TO系列,DFN系列,覆盖12W-500W功率范围应用。
其中TO系列业内首创,pin-to-pin完全兼容,原位替代,和传统氮化镓企业差异化竞争,
直接渗透到传统硅MOS市场, 用户导入风险也比较小。
相较DFN贴片封装的氮化镓器件来说,英嘉通TO220F封装氮化镓器件的好处显而易见。即散热处理容易,直接使用传统散热器,无需手工焊接散热片;插件器件使用单面板PCB,红胶制程,生产成本低廉;封装通用,缺料时容易直接替换。如ATX电源、电源适配器等应用中,只需进行相应的器件替换以及进行可靠性测试等即可,十分简单方便。
英嘉通GaN TO封装产品实现业内首家原位替换Si MOS,导阻从30mΩ-1400mΩ,英嘉通目前拥有近10款型号产品可供客户选择,并且基本都已实现量产。
2022年10月推出4款650V大功率TO247/TO220F封装氮化镓器件IGC6C030D/IGC6C040D/IGC6C075DF/IGC6C120DF,针对工业级应用,pin-to-pin原位替代硅MOS,兼容SiC MOSFET。
英嘉通 TO252 封装氮化镓产品,适合低功率的应用场合,如适配器和传统开关电源等。和传统Si MOS一样,Vth典型值3.5V,具有高可靠性,使用更稳定。同时其它方面表现更好,可以兼容12V驱动,更容易搭配;品质因数优于业内顶尖coolmos产品,竞争优势明显,更低的开关损耗。
英嘉通 TO220F 封装氮化镓产品,容易应用在单面板PCB上,散热处理简单,在适配器/充电器/ATX电源/传统中低功率开关电源上能广泛使用。
英嘉通TO封装氮化镓MOS关断损耗测试。
传统Si MOS关断损耗测试。相同条件下实测英嘉通TO封装氮化镓MOS较Si MOS关断损耗低12%左右。
除了TO252/TO220封装氮化镓器件外, 英嘉通也有针对PD快充市场进行全面的布局,推出DFN8*8和DFN5*6氮化镓产品,目前均已批量出货。
英嘉通基于IGC6011/6021S设计的120W PD快充,采用公模外壳 ,外壳尺寸75*75*27mm,体积小巧。充电器采用PFC+LLC拓扑,其中PFC采用1颗 IGC6011(DFN8*8),LLC采用2颗IGC6021S(DFN5*6),电源采用固定电压输出, 搭配三路小板独立降压,用于四个接口的快充输出。支持常用的快充协议,整机温升较低,AC/DC峰值效率达到95%。
英嘉通目前推出的氮化镓功率器件通过了行业JEDEC可靠性标准,同时也通过了英嘉通自己做的HTRB等实验,可靠性有保证。
英嘉通半导体同步开通了中英文网站www.ingacom-semi.com,欢迎合作伙伴登录网站提出建议和指导,英嘉通始终坚持给客户提供最优质的产品和服务。
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