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德州儀器:支持瓦特到千瓦級應用的氮化鎵技術

  2019年04月24日  

兩年多前,德州儀器宣布推出首款600V氮化鎵(GaN)功率器件。該器件不僅為工程師提供了功率密度和效率,且易于設計,帶集成柵極驅動和穩健的器件保護。從那時起,我們就致力于利用這項尖端技術將功率級盡可能提高(和降低)。

氮化鎵在任何功率級別都很關鍵。工程師正努力提高切換速度、效率和可靠性,同時減小尺寸、重量和元件數量。從歷來經驗來看,您必須至少對其中的部分因素進行權衡,但德州儀器正通過所有這些優勢實現設計,同時通過在一個封裝中進行復雜集成來節省系統級成本,并減少電路板元件數量。從將PC適配器的尺寸減半,到為并網應用創建高效、緊湊的10 kW轉換,德州儀器為您的設計提供了氮化鎵解決方案。LMG3410LMG3411系列產品的額定電壓為600 V,提供從低功率適配器到超過2 kW設計的各類解決方案。

通過導通電阻選擇器件

內部氮化鎵場效應晶體管(FET)的額定值為RDS(on) - 漏極-源極或導通電阻——其在功率轉換器的開關和傳導損耗中起著重要作用。這些損失會影響系統級效率及散熱和冷卻方法。因此,通常來講,RDS(on)額定值越低,可實現的功率水平越高,同時仍保持高效率。但是更高的RDS(on)可能更合適一些應用或拓撲,如圖1所示。

1:采用典型電源拓撲結構的7050mΩ氮化鎵器件

過流保護

集成的過流保護不僅簡化了用戶的布局和設計,且在短路或其他故障情況下,高速檢測實際上對于器件保護非常必要。德州儀器的氮化鎵器件產品組合具有<100-ns的電流響應時間,可通過安全關斷器件并允許其復位來自我防止意外擊穿事件。這可保護器件和系統免受從故障管腳讀出的故障條件的影響,如圖2所示。

2LMG3410/LMG3411系列產品的內部器件結構,包括FET、內部柵極驅動、壓擺率控制和保護功能

德州儀器的默認過流保護方法被歸類為電流鎖存保護;這意味著,若在器件中檢測到任何過流故障,FET將安全關斷,并在故障復位前保持關斷狀態。在我們的70mΩ器件中,故障在36 A觸發;對于50mΩ器件,故障觸發器擴展到61 A.

基于不同的應用,一些工程師可能更愿意在合理的瞬態條件下運行,為此我們提供逐周期過流保護。通過逐周期保護,在發生過流故障時,FET將安全關斷,且輸出故障信號將在輸入脈沖寬度調制器變為低電平后清零。FET可在下一個周期內重啟,且在瞬態條件下運行,同時仍能防止器件過熱。

1所示為德州儀器的各類氮化鎵器件的主要規格、結構和典型系統功率電平。

1:通過關鍵參數選擇氮化鎵

毫無疑問,氮化鎵在半導體競爭中處于領先地位,可用于超級電源開關。因德州儀器的氮化鎵器件正在量產且針對更廣泛的解決方案,我們將繼續為電力行業的每位成員提供更具可擴展性和可訪問性的技術。

標簽:德州儀器 | 氮化鎵技術 | LMG3410和LMG3411系列我要反饋
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