德州儀器(TI)推出了一種新的集成氮化鎵(GaN)功率級產(chǎn)品家族，該家族采用了一種低成本緊湊的四方扁平無引線(OFN)封裝，封裝尺寸為12毫米x12毫米。這種擴大的QFN封裝可以顯著受益于GaN的快速轉(zhuǎn)換率和高開關頻率能力，并通過較大的暴露熱墊提高其熱性能，顯示出比其他流行的表面貼裝封裝(如廣泛用于分立功率器件的TO Lead-Less和D2PAK)更好的散熱能力。憑借適當?shù)臒嵩O計，TI以QFN 12x12格式封裝的新型LMG342xGaN功率級產(chǎn)品能夠完全滿足高功率(>3 kw)轉(zhuǎn)換應用的需求。
*附件：具有集成驅(qū)動器和自我保護功能的 GaN FET 將如何實現(xiàn)下一個基因.pdf

1. 引言

• ?背景?：隨著物理極限的逼近，傳統(tǒng)硅基功率器件（如MOSFET和IGBT）在提升功率密度時面臨效率、尺寸和散熱的挑戰(zhàn)。
• ?GaN優(yōu)勢?：GaN半導體具有更快的開關速度和更高的效率，適用于高壓應用，正逐步替代傳統(tǒng)硅基功率解決方案。
  

2. GaN FET的新集成方式

• ?傳統(tǒng)問題?：在大型數(shù)據(jù)中心、企業(yè)服務器和電信交換中心等電力系統(tǒng)中，F(xiàn)ET通常與其柵極驅(qū)動器分開包裝，導致額外的寄生電感和高頻下的性能限制。
• ?集成優(yōu)勢?：TI的GaN FET（如LMG3425R030）集成了柵極驅(qū)動器，最小化寄生電感，提供高達150 V/ns的上升率，降低損耗并減少電磁干擾。

3. 提升功率密度和效率

• ?拓撲簡化?：集成GaN FET使拓撲結(jié)構(gòu)更簡單，如圖騰柱功率因數(shù)校正，降低轉(zhuǎn)換損耗，簡化熱設計并減小散熱器尺寸。
• ?效率與成本節(jié)約?：在相同尺寸的1U機架服務器中，GaN器件實現(xiàn)的功率密度是硅MOSFET的兩倍，同時達到99%的效率。對于每天轉(zhuǎn)換30 kW電力的服務器農(nóng)場，每月可節(jié)省超過27 kW的電力，相當于每月節(jié)省約2,000美元，每年節(jié)省約24,000美元。

4. 可靠性與保護功能

• ?保護特性?：集成電流限制和過溫檢測功能，防止擊穿和熱失控事件，系統(tǒng)接口信號實現(xiàn)自監(jiān)控能力。
• ?可靠性測試?：這些GaN器件經(jīng)過了4000萬小時的設備可靠性測試，包括加速和在應用中的硬開關測試，確保了高可靠性。

5. 應用范圍與市場前景

• ?目標應用?：LMG3422R030、LMG3425R030、LMG3422R050和LMG3425R050 GaN器件針對高功率密度和高效率應用，適用于從低于100W到10kW的廣泛范圍。
• ?市場前景?：GaN技術(shù)正推動電源電子產(chǎn)品的變革，特別是在需要高效率和功率密度的應用中，如5G電信整流器、服務器計算和汽車、工業(yè)和可再生能源市場。

6. 結(jié)論

• ?技術(shù)優(yōu)勢?：GaN器件在功率密度和效率方面遠超硅基器件，同時滿足80 Plus Titanium等高標準要求。
• ?工程挑戰(zhàn)?：GaN技術(shù)的廣泛應用需要高質(zhì)量的晶體生長、優(yōu)化的介質(zhì)薄膜和非常干凈的制造工藝接口，以及精湛的測試和封裝技術(shù)。