近日英飛凌推出全球首款集成SBD(肖特基二極管)的工業(yè)用GaN晶體管產(chǎn)品系列CoolGaN G5,該產(chǎn)品系列通過減少不必要的死區(qū)損耗提高功率系統(tǒng)的性能,進(jìn)一步提升整體系統(tǒng)效率。此外,該集成解決方案還簡(jiǎn)化了功率級(jí)設(shè)計(jì),降低了用料成本。在功率晶體管中集成SBD的做法,此前在…
近日英飛凌推出全球首款集成SBD(肖特基二極管)的工業(yè)用GaN晶體管產(chǎn)品系列CoolGaN G5,該產(chǎn)品系列通過減少不必要的死區(qū)損耗提高功率系統(tǒng)的性能,進(jìn)一步提升整體系統(tǒng)效率。此外,該集成解決方案還簡(jiǎn)化了功率級(jí)設(shè)計(jì),降低了用料成本。
在功率晶體管中集成SBD的做法,此前在SiC MOSFET中,業(yè)界有不少的研究。三菱在2013年提出了集成SBD的SiC MOSFET相關(guān)專利,并在2023年推出采用這種新型器件的SiC功率模塊。
為什么要將SBD集成到SiC MOSFET? MOSFET結(jié)構(gòu)中源極(Source)與漏極(Drain)之間的PN結(jié)會(huì)自然形成體二極管,作為MOSFET結(jié)構(gòu)的副產(chǎn)物,通過合理設(shè)計(jì)可以為MOSFET提供保護(hù),提高可靠性。但體二極管的反向恢復(fù)特性較差,以及體二極管的長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通引起的可靠性問題,在實(shí)際應(yīng)用中往往會(huì)在外部反向并聯(lián)SBD作為續(xù)流通道。
但為了提高集成度,以及避免引入更多寄生電容電感,所以將SBD集成到SiC MOSFET中成為一個(gè)方向。
那么對(duì)于GaN FET而言,英飛凌介紹,在硬開關(guān)應(yīng)用中,由于GaN器件的有效體二極管電壓(VSD)較大,基于GaN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生較高的功率損耗。如果控制器的死區(qū)時(shí)間較長(zhǎng),那么這種情況就會(huì)更加嚴(yán)重,導(dǎo)致效率低于目標(biāo)值。目前功率器件設(shè)計(jì)工程師通常需要將外部肖特基二極管與GaN晶體管并聯(lián),或者通過控制器縮短死區(qū)時(shí)間。然而,無論哪種方法都需耗費(fèi)額外的精力、時(shí)間和成本。
因此將SBD集成到GaN 晶體管中就能顯著解決這些問題。由于缺乏體二極管,GaN晶體管的反向傳導(dǎo)電壓(VRC)取決于閾值電壓(VTH)和關(guān)斷態(tài)下的柵極偏置偏壓(VGS)。此外,GaN晶體管的VTH 通常高于硅二極管的導(dǎo)通電壓,這就導(dǎo)致了反向傳導(dǎo)工作(也稱為第三象限)期間的劣勢(shì)。因此,采用這種新型CoolGaN晶體管后,反向傳導(dǎo)損耗降低,能與更多高邊柵極驅(qū)動(dòng)器兼容,且由于死區(qū)時(shí)間放寬,控制器的兼容性變得更廣,顯著簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
據(jù)英飛凌介紹,首款集成SBD的GaN FET是一款100V 1.5mΩ,E-Mode常閉型,采用3 x 5 mm PQFN封裝的產(chǎn)品,適用于數(shù)據(jù)中心IBC、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、DC-DC、充電器等應(yīng)用。
隨著功率電子系統(tǒng)的高效化、小型化與智能化趨勢(shì),功率器件的集成化正在進(jìn)一步加速落地。三菱在去年已經(jīng)向市場(chǎng)推出了3kV SBD嵌入式SiC MOSFET模塊,而英飛凌集成SBD的GaN晶體管,目前也開始提供工程樣品,相信未來將會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)更多新型的器件。
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