0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

低压GaN器件,为什么还未被广泛应用

Hobby观察 来源:电子发烧友网 作者:梁浩斌 2022-12-13 09:21 次阅读
电子发烧友网报道(文/梁浩斌)从消费电子电源产品开始,GaN拉开了巨大市场发展空间的序幕,并逐渐往数据中心、汽车OBC甚至主驱逆变器等领域渗透。主流应用的650V GaN HEMT在充电头、以及数据中心电源上已经开始被广泛应用。

而随着数据中心单机架的功率不断提高,数据中心的次级端,机架的配电系统设计电压从12V往48V升级。与此同时,数据中心配电系统的DC-DC中,低压的GaN器件,比如40V和100V规格的GaN在这些系统中越来越受到重视。

今年,OPPO在智能手机端也首次将低压GaN器件应用到手机内部,用于快速充电的电路中。按照OPPO的说法,一颗GaN开关管可以代替以往方案中使用的两颗硅基MOSFET,能够减少体积,并由于GaN器件阻抗相比硅器件更低,在热管理上也有更好的表现,降低充电路径上的热量消耗,降低充电温升,提升充电性能。

所以,低压GaN器件有没有机会取代更多硅基器件,比如在消费电子产品内的负载点POL转换器中替代更多低压的硅基器件?

如果从GaN器件的角度来看,目前市面上有多家厂商都推出了100V、40V甚至更低电压的GaN器件。比如英诺赛科、EPC、GaNSystems等,其中EPC甚至有15V的GaN产品供应。

EPC在2016年推出了一款型号为EPC2040的GaN功率晶体管,击穿电压为15V,在5V驱动电压下导通电阻为30mΩ,工作温度支持-40℃~150℃,可以应用于自动驾驶激光雷达等场景。

今年5月国内GaN器件龙头英诺赛科在IEEE功率半导体器件国际研讨会(ISPSD)上展示了其15V GaN HEMT的研究进展,据介绍,他们这款15V GaN HEMT在5 V V in / 1.5~4 V V out的转换比下,采用半桥配置的GaN HEMTs制作的降压转换器在10 MHz下的效率超过90%。当开关频率增加到30 MHz时,转换器仍然保持80%以上的效率。

然而现实可能没有想象中美好,英诺赛科在会议上还提到,尽管业界在低压GaN HEMT方面做出了巨大努力,电源开关通常已经低于40V,努力向消费电子产品的应用推进。但与硅器件相比,低压GaN HEMT在消费电子产品上的广泛应用还面临很大挑战。

在技术层面上,随着GaN器件的尺寸缩小,接触电阻和寄生电容的比例会大幅上升,阈值电压下降,导致导通错误的风险提高,关断状态泄露电流增加,以致于静态损耗和动态损耗不稳定。英诺赛科认为,这些问题都影响了GaN HEMT在小体积的消费电子产品上广泛应用的可能。

另一方面,有业内人士认为,在100V以下的低压领域,GaN相比硅有开关损耗和功率密度的优势,但目前低压的硅基器件已经做得足够好,成本上的巨大优势是GaN难以逼近的。除非是一些特殊的应用中,对开关频率要求较高,比如前面提到OPPO在手机快充电路中用一颗GaN开关管替代以往两颗硅基MOSFET的操作。

无论如何,业界对低压GaN器件的研究还在继续,不少研究团队都在这个方向努力,比如德国Fraunhofer IAF研究所的科学家在PCIM2021上发表过关于紧凑型低压GaN HEMT设计的论文。或许随着成本的持续降低,以及快充等需求的持续升级,低压GaN器件会有取代硅的一天。
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • GaN
    GaN
    +关注

    关注

    19

    文章

    1906

    浏览量

    72588
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    CoolGaN和增强型GaN区别是什么

    : 定义 :CoolGaN是英飞凌(Infineon)公司推出的一系列基于氮化镓(GaN)技术的产品品牌或系列名称。它代表了英飞凌在GaN功率器件领域的技术成果和产品线。 范畴 :CoolGaN系列产品包括但不限于增强型HEM
    的头像 发表于 09-07 09:28 370次阅读

    芯干线科技GaN功率器件及应用

    第一代半导体材料以硅(Si)和锗(Ge)为代表,它们为半导体行业奠定了坚实的基础。随着技术的发展,第二代半导体材料以砷化镓(GaAs)和锑化铟(InSb)为核心,这些材料的高频和高速特性,为电子器件
    的头像 发表于 08-21 10:01 389次阅读
    芯干线科技<b class='flag-5'>GaN</b>功率<b class='flag-5'>器件</b>及应用

    GaN MOSFET 器件结构及原理

    GaN MOSFET(氮化镓金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种新型的功率器件,具有高功率密度、高效率和快速开关速度等优点。与传统的硅基MOSFET相比,GaN MOSFET具有更高的电子迁移率
    的头像 发表于 07-14 11:39 915次阅读

    CGD推出高效环保GaN功率器件

    近日,无晶圆厂环保科技半导体公司Cambridge GaN Devices(CGD)发布了一系列革命性的高能效氮化镓(GaN)功率器件,旨在推动电子器件向更环保的方向发展。
    的头像 发表于 06-12 10:24 568次阅读

    GaN/金刚石功率器件界面的热管理

      氮化镓(GaN)功率器件中千伏特击穿电压的演示长期以来一直激励着电力电子和其他应用的优化。这是由于电力系统中转换效率的潜力大大提高。GaN器件可分为横向和纵向
    的头像 发表于 06-04 10:24 373次阅读
    <b class='flag-5'>GaN</b>/金刚石功率<b class='flag-5'>器件</b>界面的热管理

    基于 GaN 的 MOSFET 如何实现高性能电机逆变器

    推动更高效的能源利用、更严格的监管要求以及研发了冷却操作的技术都能够实现减少电动机的功耗,虽然硅MOSFET等开关技术已得到广泛应用,但它们通常无法满足关键逆变器应用更苛刻的性能和效率目标。相反
    的头像 发表于 05-23 10:56 457次阅读
    基于 <b class='flag-5'>GaN</b> 的 MOSFET 如何实现高性能电机逆变器

    改善GaN HEMT功率器件的短路耐受时间

    在本文中,我们将讨论氮化镓 (GaN) HEMT 功率器件中的一个关键参数,即短路耐受时间 (SCWT)。
    的头像 发表于 05-09 10:43 611次阅读
    改善<b class='flag-5'>GaN</b> HEMT功率<b class='flag-5'>器件</b>的短路耐受时间

    如何利用 GaN 功率器件实现出色的中等功率电机变频器

    作者:Bill Schweber 对更高效利用能源的推动、更严格的法规要求以及低温运行的技术优势,所有这些都为近来降低电机功耗的举措提供了支持。虽然硅 MOSFET 等开关技术已得到广泛应用,但它
    的头像 发表于 05-05 10:51 431次阅读
    如何利用 <b class='flag-5'>GaN</b> 功率<b class='flag-5'>器件</b>实现出色的中等功率电机变频器

    同轴分流器在SiC和GaN器件中的测量应用

    随着现代电力电子的高速发展,SiC/GaN 功率器件的应用越来越广泛,工程师经常要测量频率高达数百 kHz,电流高达数十安培的功率电路。
    的头像 发表于 03-13 10:50 954次阅读
    同轴分流器在SiC和<b class='flag-5'>GaN</b><b class='flag-5'>器件</b>中的测量应用

    航空航天领域中的GaN功率器件(下)

    由于宇航电源整体及其组件面临的综合挑战,GaN功率器件的全面应用至今尚未达成。但是,随着GaN功率器件辐照强化及驱动方式的创新改良,宇航电源将会得到更大助推。 结合高集成度电源设计,以
    的头像 发表于 01-05 17:59 724次阅读
    航空航天领域中的<b class='flag-5'>GaN</b>功率<b class='flag-5'>器件</b>(下)

    低成本垂直GaN功率器件研究

    随着半导体技术的发展,垂直GaN功率器件逐渐凭借其优势逐渐应用在更多的领域中。高质量的GaN单晶材料是制备高性能器件的基础。
    的头像 发表于 12-27 09:32 935次阅读
    低成本垂直<b class='flag-5'>GaN</b>功率<b class='flag-5'>器件</b>研究

    同是功率器件,为什么SiC主要是MOSFET,GaN却是HEMT

    电子发烧友网报道(文/梁浩斌)在我们谈论第三代半导体的时候,常说的碳化硅功率器件一般是指代SiC MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管),而氮化镓功率器件最普遍的则是GaN HEMT(高电子
    的头像 发表于 12-27 09:11 3227次阅读

    GaN HEMT为什么不能做成低压器件

    。由于这些优势,GaN HEMT在射频功率放大器、微波通信、雷达、卫星通信和电源应用等领域被广泛采用。 然而,GaN HEMT也存在一些限制,其中一个是它不能作为低压
    的头像 发表于 12-07 17:27 785次阅读

    氮化镓(GaN)器件基础技术问题分享

    作为一种新型功率器件GaN 器件在电源的高密小型化方面极具优势。
    的头像 发表于 12-07 09:44 2609次阅读
    氮化镓(<b class='flag-5'>GaN</b>)<b class='flag-5'>器件</b>基础技术问题分享

    GaN HEMT器件结构解析

    硅材料的功率半导体器件已被广泛应用于大功率开关中,如电源、电机控制、工厂自动化以及部分汽车电子器件。这些硅材料功率半导体器件都着重于减少功率损耗。在这些应用中,更高的击穿电压和更低的导
    的头像 发表于 11-09 11:26 1376次阅读
    <b class='flag-5'>GaN</b> HEMT<b class='flag-5'>器件</b>结构解析