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GaN FET与硅FET的比较

2016-12-22 07:41:57      点击次数:
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  功率GaN落后于RF GaN的主要原因在于需要花时间执行数个供货商所使用的成本缩减策略。最知名的就是改用6英寸的硅基板,以及更低成本的塑料封装。对于电源设计人员来说,理解GaN有可能带来的性能提升,以及某些会随时间影响到最终产品性能的退化机制很重要。

  联合电子设备工程委员会 (JEDEC) 针对硅器件的认证标准经证明是产品使用寿命的很好预测指标,不过目前还没有针对GaN的同等标准。要使用全新的技术来减轻风险,比较谨慎的做法是看一看特定的用例,以及新技术在应用方面的环境限制,并且建立能够针对环境变化进行应力测试和监视的原型机。对于大量原型机的实时监视会提出一些有意思的挑战,特别是在GaN器件电压接近1000V,并且dv/dts大于200V/ns时更是如此。

  一个经常用来确定功率FET是否能够满足目标应用要求的图表是安全工作区域 (SOA) 曲线。图1中显示了一个示例。

  图1:GaN FET SOA曲线示例,此时Rds-On =毫欧

  图1:GaN FET SOA曲线示例,此时Rds-On =毫欧

  硬开关设计

  功率GaN FET被用在硬开关和数MHz的谐振设计中。上面展示的零电压 (ZVS) 或者零电流 (ZCS) 拓扑为数千瓦。SOA曲线的应力最大的区域是右上角的电压和电流最高的区域。在这个硬开关区域内运行一个功率GaN FET会导致由数个机制而造成的应力增加。最容易理解的就是热应力。例如,在使用一个电感开关测试电路时,有可能使器件从关闭时的电流几乎为零、汲取电压为几百伏,切换到接通时的电流几乎瞬时达到10A。

  器件上的电压乘以流经的电流可以获得瞬时功率耗散,对于这个示例来说,在转换中期可以达到500W以上。对于尺寸为5mm x 2mm的典型功率GaN器件,这个值可以达到每mm2 50W。所以用户也就无需对SOA曲线显示的这个区域只支持短脉冲这一点而感到惊讶了。由于器件的热限值和封装的原因,SOA曲线的右上部被看成是一个脉宽的函数。由于曲线中所见的热时间常数,更短的脉冲会导致更少的散热。增强型封装技术可被用来将结至环境的热阻从大约15°C/W减小到1.2°C/W。由于减少了器件散热,这一方法可以扩大SOA。大电流电感

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