氮化鎵（GaN）功率芯片將多個(gè)電力電子功能集成到一顆GaN芯片中，可有效提高產(chǎn)品充電速度、效率、可靠性和成本效益。在很多情況下，GaN功率芯片可以使先進(jìn)的功率轉(zhuǎn)換拓?fù)鋸膶W(xué)術(shù)概念和理論達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并成為量產(chǎn)設(shè)計(jì)的催化劑。GaN芯片是提高整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，關(guān)鍵是要打造出接近“理想開關(guān)”的電路元件。

Keep Tops 氮化鎵屬于耗盡型GaN(Depletion-Mode,D-mode)，在內(nèi)部集成串聯(lián)了一個(gè)低壓增強(qiáng)型N溝道MOS實(shí)現(xiàn)常關(guān)，通過(guò)控制串聯(lián)的N溝道MOS來(lái)實(shí)現(xiàn)開關(guān)，行業(yè)內(nèi)一般采用的是級(jí)聯(lián)(Cascode)結(jié)構(gòu)，也稱為共源共柵型；Cascode結(jié)構(gòu)其驅(qū)動(dòng)兼容傳統(tǒng)N溝道MOS 控制器，相比于增強(qiáng)型氮化鎵，無(wú)需對(duì)電路重新設(shè)計(jì)，同時(shí)保留了氮化鎵低開關(guān)損耗以及低壓N溝道MOS的低柵極電荷等優(yōu)勢(shì)。對(duì)于可高達(dá)1 MHz開關(guān)頻率的操作，Cascode結(jié)構(gòu)的GaN最為適合。下圖所示的Direct-drive，串聯(lián)低壓Si MOS且集成負(fù)壓驅(qū)動(dòng)，可以直接驅(qū)動(dòng)。耗盡型氮化鎵能夠使用為硅MOS而設(shè)計(jì)的控制器，更容易實(shí)現(xiàn)大功率應(yīng)用設(shè)計(jì)。

半橋電路是電力電子行業(yè)的基本拓?fù)洌m用于從智能手機(jī)充電器到電動(dòng)汽車的所有領(lǐng)域。高頻開關(guān)可以縮小磁性元件和其他無(wú)源元件的尺寸，從而顯著降低成本和重量，同時(shí)提供更快的充電體驗(yàn)。然而，在半橋電路中以如此高的頻率向浮動(dòng)高側(cè)開關(guān)提供功率和信號(hào)在業(yè)界是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。由于硅器件的開關(guān)速度慢、驅(qū)動(dòng)器和 FET 之間的寄生阻抗、高電容硅 FET 以及性能較差的轉(zhuǎn)換器/隔離器，因此硅器件無(wú)法實(shí)現(xiàn)更高的頻率。 GaN 半橋功率 IC 包含關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)、邏輯、保護(hù)和電源功能，消除了與傳統(tǒng)半橋解決方案相關(guān)的能量損失、高成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

Keep Tops推出的全球首款氮化鎵功率芯片可同時(shí)提供高頻和高效率，實(shí)現(xiàn)電力電子領(lǐng)域的高速革命，使充電器的充電速度提高了三倍，但尺寸和重量?jī)H為傳統(tǒng)硅設(shè)備充電器的一半。或者在不增加尺寸或重量的情況下將充電器的充電功率提高3倍。

氮化鎵有什么好處？

我們將這種材料技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)解讀為產(chǎn)品和行業(yè)兩個(gè)層面。

對(duì)于產(chǎn)品：在電力電子領(lǐng)域，基于GaN材料的功率器件具有更高的功率密度輸出和更高的能量轉(zhuǎn)換效率。 此外，系統(tǒng)可以小型化、輕量化，有效減小電力電子器件的體積和重量，從而大大降低系統(tǒng)制造和生產(chǎn)成本。對(duì)于行業(yè)而言：相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在低壓市場(chǎng)，GaN的應(yīng)用潛力甚至可以占據(jù)整個(gè)電力市場(chǎng)的68%左右。

審核編輯 黃宇