MasterGaN 是意法半導(dǎo)體推出的全新平臺(tái)。它包括一個(gè)基于硅技術(shù)的半橋驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè) GaN 功率晶體管。在接受《電力電子新聞》采訪時(shí)，意法半導(dǎo)體強(qiáng)調(diào)了這一新平臺(tái)如何通過提供更輕的重量和 3 倍的充電時(shí)間，使系統(tǒng)體積縮小 80%。但最重要的是，它通過優(yōu)化上市時(shí)間來簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程。

MasterGaN 將硅與 GaN 相結(jié)合，以加速為高達(dá) 400W 的消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用開發(fā)下一代、緊湊且高效的電池充電器和電源適配器。通過使用 GaN 技術(shù)，新設(shè)備可以在優(yōu)化效率的同時(shí)處理更多功率。ST Microelectronics 強(qiáng)調(diào)了將 GaN 與驅(qū)動(dòng)器集成如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并提高性能水平。

氮化鎵市場(chǎng)

GaN 晶體管是當(dāng)今存在的“最冷”組件之一。即使在高溫和極端條件下，其低結(jié)電阻也可實(shí)現(xiàn)低溫和低能量損失。這是這種材料廣泛用于許多關(guān)鍵部門的主要原因之一，其中對(duì)高電流的需求是主要特權(quán)。

當(dāng)前的 GaN 市場(chǎng)通常由分立功率晶體管和驅(qū)動(dòng) IC 提供服務(wù)，這些要求設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)新的實(shí)現(xiàn)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)最佳性能。ST 的 MasterGaN 方法旨在提供更快的上市時(shí)間，同時(shí)以更小的占用空間、簡(jiǎn)化的組裝和更高的可靠性以更少的組件保持高效性能。ST Microelectronics 表示，憑借 GaN 技術(shù)和 ST 集成產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，充電器和適配器可以將標(biāo)準(zhǔn)硅基解決方案的尺寸縮小 80%，重量減輕 70%。

在功率 GaN 晶體管中，溫度對(duì)其起重要作用的組件有兩個(gè)參數(shù)： 具有相關(guān)工作損耗的R DS（on）和具有相關(guān)開關(guān)損耗的跨導(dǎo)。保持低溫的原因有很多：

防止在最惡劣的操作條件下發(fā)生熱失控

總體上減少損失

提高系統(tǒng)性能和效率

提高系統(tǒng)功率密度

增加電路的可靠性

ST解決方案

ST 的 MasterGaN1 平臺(tái)包含兩個(gè)半橋 GaN 功率晶體管，具有集成的高側(cè)和低側(cè)硅驅(qū)動(dòng)器。該平臺(tái)使用 600V 半橋柵極驅(qū)動(dòng)器和常關(guān)型高電子遷移率 GaN 晶體管 （HEMT）。

高電子遷移率允許 GaN 晶體管的開關(guān)時(shí)間約為硅 MOSFET 的四分之一。此外，對(duì)于給定的工作模式，開關(guān)損耗大約是硅晶體管的 10% 到 30%。因此，GaN 高電子遷移率晶體管 （HEMT） 可以以比硅 MOSFET、IGBT 高得多的頻率驅(qū)動(dòng)。GaN HEMT 需要添加極化網(wǎng)絡(luò)，芯片供應(yīng)商已將其集成到其設(shè)備中才能正常運(yùn)行。

與基于硅的傳統(tǒng)解決方案相比，在電源轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用中使用氮化鎵可實(shí)現(xiàn)顯著改進(jìn)：更高的功率效率、更小的尺寸、更輕的重量和更低的總體成本。

MasterGaN 中的內(nèi)置功率 GaN 具有150 mΩ 的R DS （ON） 和 650 V 漏源擊穿電壓，而內(nèi)置柵極驅(qū)動(dòng)器的高端可以輕松地由內(nèi)置自舉二極管供電。

圖 1：MasterGaN1 的框圖

圖 2：MasterGaN1 的開發(fā)板

MASTERGAN1 配備了防止在低效率或危險(xiǎn)條件下發(fā)生故障的保護(hù)，并且互鎖功能可防止交叉?zhèn)鲗?dǎo)條件。邏輯輸入兼容 3.3V 至 15V 的信號(hào)，因此可輕松連接微控制器和各種傳感器。上下驅(qū)動(dòng)部分均具有 UVLO 保護(hù)，防止電源開關(guān)在低效率或危險(xiǎn)條件下運(yùn)行，互鎖功能避免了交叉導(dǎo)通條件。

這些器件系列將作為引腳兼容的半橋產(chǎn)品提供，使工程師能夠以最少的硬件更改來擴(kuò)展項(xiàng)目。利用 GaN 晶體管特有的低通電損耗和無體二極管恢復(fù)特性，這些產(chǎn)品在高端高效拓?fù)渲刑峁┝烁倪M(jìn)的整體性能，例如具有有源鉗位、諧振、PFC 極無橋圖騰和AC/DC 和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中使用的其他軟和硬開關(guān)拓?fù)洹?/p>

EVALMASTERGAN1 板允許您評(píng)估 MASTERGAN1 的特性并快速創(chuàng)建新拓?fù)?，而無需完整的 PCB 設(shè)計(jì)。該板在板上提供可編程死區(qū)時(shí)間發(fā)生器，帶有單個(gè) VCC 電源（6 V 型）。集成的 3.3 V 線性穩(wěn)壓器為微控制器或 FPGA 提供邏輯。該板提供定制機(jī)會(huì)，例如使用外部自舉二極管、針對(duì)各種解決方案的獨(dú)立電源以及針對(duì)峰值電流拓?fù)涫褂玫蛡?cè)分流電阻器。

審核編輯：郭婷