新的GaN威廉希尔官方网站 简化了驱动基于GaN的HEMT

在可用于 GaN 晶体管的不同结构中，横向结构是目前使用最广泛的。氮化镓高电子迁移率晶体管 (HEMT)是使用二维电子气作为晶体管通道的横向器件。这些器件允许功率电路（例如转换器）实现高效率和高功率密度。由于具有非常低的特定导通电阻，基于 GaN 的横向晶体管可以在高开关频率下工作，从而实现非常紧凑的设计。设计人员通常首选常关晶体管，因为它们可以保证电力电子系统的安全运行。

虽然乍一看似乎比较简单，但这些器件的栅极驱动器电路需要仔细设计。首先，通常关闭的基于 GaN 的 HEMT 需要负电压来将其关闭并将其保持在关闭状态，从而避免意外开启。这就是为什么此功能通常集成在市场上的商用栅极驱动器中的原因。需要负电压的另一个原因是 GaN HEMT 晶体管具有非常低的阈值电压 (1.2–1.5 V)，并且不希望的开启非常常见，尤其是在布局未优化的情况下。此外，这些器件的最大栅极电压约为 6.0–6.5 V，因此需要适当的钳位电路来将该电压保持在阈值限制以下，从而避免潜在的故障甚至损坏。

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Cambridge GaN Devices (CGD) 是一家公司，由首席执行官 Giorgia Longobardi 和首席威廉希尔官方网站 官 Florin Udrea 在剑桥大学进行了近十年的前沿研发后于 2016 年创立。CGD 可以依靠在功率半导体领域拥有广泛而长期经验的专业团队，包括基于 GaN 的器件的设计和可靠性方面。

CGD 业务发展副总裁 Andrea Bricconi 在接受 Power Electronics News 采访时表示：“我们公司专注于两个目标：通过提供易于使用的氮化镓解决方案和可靠的。”

除了开发创新的器件、封装和电力电子板外，CGD 还领导国际项目，例如 GaNext，这是国际合作的典范。由 CGD 协调的 13 个合作伙伴组成的这个欧洲项目的唯一目标是创建 GaN 功率模块的原型，以解决低功率和高功率应用。

“今天的 GaN 市场正在蓬勃发展，从 1 kW 以下的消费领域开始。GaNext 项目旨在证明基于 GaN 的功率模块可以成功构思并应用于各种低功率和高功率应用，例如车载充电器 (OBC)、照明用LED 驱动器、光伏逆变器以及长期的牵引逆变器；最终目标是实现全面的功率密度飞跃，”布里科尼说。

CGD 制定的路线图预计其基于 GaN 的器件将在 2022 年进入商业化阶段，届时 650-V/750-V 功率晶体管将进入市场。ICeGaN 威廉希尔官方网站 由一个功率晶体管组成，该晶体管具有单片集成的智能接口，用于传感/保护、易用性和增强的栅极可靠性。凭借 3 V 的阈值电压，这些增强型单芯片晶体管可以以高达 20 V 的栅极电压驱动，就像它们是普通的 MOSFET 一样。为了完成这项任务，CGD 将得到台积电（全球最大的半导体代工厂）的支持，这对初创公司来说是一大优势。

根据 Bricconi 的说法，由于其横向结构，硅上 GaN 比硅和碳化硅提供了更简单的集成。这反过来又允许设计人员将更多功能（例如多芯片和逻辑）集成到同一芯片中。

CGD的ICeGaN应用示意图如图1所示。该威廉希尔官方网站 的优势可以总结如下：

它支持使用标准 MOSFET 驱动器和/或控制器。

毫不妥协的 GaN 开关性能或 RDS (on)

其他智能功能

应用优化机会

它有DV/DT控制。

它仍然需要由外部 IC 驱动。

图 1：ICeGaN 应用图

ICeGaN 威廉希尔官方网站 的目标是将逻辑（图 1 中的绿框）集成到强大的、最先进的增强型 GaN HEMT 中。这为用户带来了两个好处：

易于使用：CGD 的 GaN HEMT 可以轻松连接到驱动器和控制器。

节省成本：不需要额外的组件、电压钳位或昂贵的栅极驱动器。

图 2 显示了标准 GaN HEMT 和 ICeGaN HEMT 之间的比较。对于标准 GaN 器件，栅极驱动困难、耗时且成本高昂。此外，栅极电压被限制在约 6-7 V 的最大值，此后禁区开始。反之，CGD 的 GaN HEMT 具有足够高的阈值电压，并且栅极电压可以扩展到大约 20 V，而不会影响器件的可靠性。

图 2：I CeGaN 结合了 Cascode 和 eMode 的美感

图 3：ICeGaN 传输特性与标准 eMode

传统 GaN 器件的平均栅极阈值电压约为 1.4 V，在关断状态下需要 –3 V 的典型栅极源极电压 (V gs )，在导通状态下需要介于 4 V 和 6 V 之间。CGD ICeGaN 器件在关断状态下要求 V gs为 0 V（内置米勒钳位），在导通状态下需要介于 8 V 和 20 V 之间，与任何栅极驱动器和控制器兼容。

正如 Bricconi 所指出的，CGD 认为栅极驱动器的单片集成在低功率方面非常出色，但很难扩展到高功率。

“我们的 ICeGaN 威廉希尔官方网站 使我们能够添加新功能，例如集成电流感应，”布里科尼说。“用户可以更换外部检测电阻，从而将功率器件接地，大大改善冷却路径。”

目前，CGD 正致力于消费市场，部分致力于工业市场（功率水平高于 1 kW 的数据通信和电信应用）。前者提供的障碍较少，但给成本带来了很大压力。关于汽车，布里科尼说，这个市场的设计周期大约为几年。“首批配备 GaN 晶体管的汽车将在 2024 年至 2025 年之前问世。

尽管需要高度的可靠性，但事实证明，使用 GaN 可以使 OBC 的功率密度翻倍。

数据通信

Cambridge GaN Devices 宣布启动 ICeData，该项目由英国商业、能源和工业战略部 (BEIS) 资助，旨在开发和商业化用于数据中心服务器的高效 GaN 基集成电路 (IC)电源。数据中心目前消耗全球约 2% 的能源，2018 年的年用电量为 400 TWh，预计到本十年末将翻一番。GaN 结合了更高的效率和更高的功率密度，有望节省高达 10% 的投资和运行费用。

该项目的目标是开发GaN功率IC威廉希尔官方网站 ，将数据中心服务器电源效率提高到98%以上。IceData 将帮助 CGD 提供专为数据中心和电信服务器的开关模式电源设计的 GaN 解决方案，到 2030 年，这将有助于每年减少超过 8 兆吨的 CO 2 。

CGD 估计，到 2026 年，全球功率 GaN 市场将增长到超过 10 亿美元，这主要得益于电动汽车和混合动力汽车对更轻、更高效的电源以及更紧凑、更强大的 OBC 的需求。CGD第一条采用ICeGaN威廉希尔官方网站 的产品线将于2022年上半年发布。


审核编辑：刘清