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    650V-GaN和SiGe整流器解決方案

    發布時間:2020-11-11 責任編輯:wenwei

    【導讀】Nexperia在TO-247和專有CCPAK表面貼裝封裝中采用下一代高壓GaN HEMT H2技術的新型GaN FET解決方案將主要針對汽車、5G和數據中心應用。Nexperia還宣布了硅鍺(SiGe)整流器的新解決方案,其反向電壓分別為120V、150V和200V,將肖特基(Schottky)整流器的高效性與快速恢復二極管的熱穩定性相結合。
     
    新器件在通態電阻方面提供了出色的性能,并通過級聯配置簡化了設計,從而消除了對驅動器和控制的需求。
     
    “我們發現機架式電源對電信服務器有吸引力。即使在5g數據中,數據場也需要越來越高的效率,當然所有輸出范圍的效率都超過90%,你將進入鈦級。Nexperia總經理MichaelLegoff說:“這也是我們發現對我們的產品組合的需求量更大的地方。
     
    汽車制造商和其他系統的設計者正在更高的溫度下工作,并越來越追求更高的效率——無論是小型化、性能、監管還是其他原因。針對汽車、通信基礎設施和服務器市場,新型1-3a硅鍺整流器在LED照明、發動機控制單元或燃油噴射等高溫應用中特別有利。
     
    “在理想的世界里,設計師會使用肖特基二極管,因為它們效率很高,正向電壓很低,開關速度很快;它們的問題是,首先,它們不適用于這樣高的電壓。Nexperia的產品經理Jan Fischer說:“所以,對于電壓來說,它們不那么容易找到,比如說150或200伏,因為它們變得非常低效,而且,它們的熱穩定性也不那么穩定。”
     
    他接著說,“當你在非常高的溫度下操作它們時,它們往往會產生一種叫做熱失控的效應。這就是為什么,對于對泄漏電流非常敏感的高溫應用,我們的客戶通常使用pn整流器,但這些整流器的效率并不高,因為它們具有非常高的正向電壓和高的傳導損耗。我們相信硅鍺整流器可以將兩個世界的優點結合起來,因為它們提供肖特基二極管那樣的低Vf和pn整流器的熱穩定性。”
     
    GaN Nexperia解決方案
     
    GaN晶體管比硅mosfet快得多,體積小得多。GaN的性能表明,效率和性能有了顯著的提高,導致了一些新的應用,這是硅技術無法實現的。
     
    新的GaN技術通過epi通孔使用,減少缺陷和模具尺寸約24%。無線電數據系統(on)也減少到只有41 mΩ(最大35 mΩ典型值。在25°C時),在傳統TO-247中初次釋放。降低值將進一步增加,達到39 mΩ(最大值,33 mΩ典型值。在25°C時)使用CCPAK表面安裝型。由于這些部件被配置為級聯器件,因此使用標準的Si-MOSFET驅動器也很容易驅動它們。CCPAK表面安裝版本,GAN039,將通過AEC-Q101汽車應用。
     
    “它還允許我們改進RDS(on)級別,但仍然使用相同的級聯結構。我們看到動態特性提高了15%。這兩個產品將發布在新一代技術,其中工藝已經批準是在一個TO247封裝,給你約41兆歐的RDS(開),我們認為CCPAK將成為業界領先的表面貼裝設備。
     
    CCPAK表面安裝采用創新和成熟的銅線夾封裝技術來取代內部連接線。這降低了寄生損耗,優化了電氣和熱性能,提高了可靠性:降低了3倍的寄生電感,降低了開關損耗和電磁干擾,與線焊解決方案相比,可靠性更高。
     
    650V-GaN和SiGe整流器解決方案
    圖1:Nexperia的解決方案
     
    CCPAK-GaN場效應晶體管有頂部或底部冷卻結構。
     
    SiGe解決方案
     
    鍺硅(SiGe)整流器結合了肖特基整流器的效率和快速恢復二極管的熱穩定性,允許工程師優化其100-200V的功率設計。對于許多電路設計來說,主要的挑戰是:在每個空間集成更多的功能,實現最高效率的設計,以及系統小型化。SiGe整流器是一種理想的解決方案,具有高效率、易熱設計和小尺寸等優點。
     
    該設備適用于汽車工業、服務器市場和通信基礎設施,可在175°C的溫度下安全運行。與硅相比,SiGe具有更小的頻帶、更快的開關頻率和更大的電子遷移率,從而改善了高頻開關性能。Nexperia已經開發了幾個工藝專利,滿足了高效和高溫操作的看似矛盾的要求(圖2和圖3)。
     
    650V-GaN和SiGe整流器解決方案
    圖2:Nexperia新型SiGe
     
    650V-GaN和SiGe整流器解決方案
    圖3:Schottky和SiGe整流器的泄漏電流與外殼溫度的關系。當漏電流增加到超指數時,就會發生熱失控。
     
    為了進一步提高性能,Nexperia提供的解決方案采用FlatPower(CFP)雙針夾式扎帶封裝(CFP3和CFP5),這反過來又提供了出色的散熱效果。它還允許引腳對引腳的兼容性,以及肖特基整流器和快速恢復整流器的替代品。
     
    SiGe器件具有較低的漏電流(約1na),降低了傳導損耗,從而提高了各種應用的效率。Jan Fischer說:“粗略估計,在熱穩定性與最佳快恢復二極管相同的情況下,效率可提高5%至10%。
     
    所有設備均通過AEC-Q101認證,可用于汽車使用,并通過多家汽車制造商要求的2次AEC-Q101壽命試驗。其他重要應用包括LED照明和通信基礎設施。
     
     
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