《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 嵌入式技術 > 業界動態 > 用GaN重新考慮功率密度

用GaN重新考慮功率密度

2017-06-08
作者:Masoud Beheshti

  電力電子世界在1959年取得突破,當時Dawon Kahng和Martin Atalla在貝爾實驗室發明了金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。首款商業MOSFET在五年后發布生產,從那時起,幾代MOSFET晶體管使電源設計人員實現了雙極性早期產品不可能實現的性能和密度級別。

  然而,近年來,這些已取得的進步開始逐漸弱化,為下一個突破性技術創造了空間和需求。這就是氮化鎵(GaN)引人注目的地方。

  作為一種寬帶隙晶體管技術,GaN正在創造一個令人興奮的機會,以實現電力電子系統達到新的性能和效率。GaN的固有優勢為工程師開啟了重新考慮功率密度的方法,這些方法在以前并不可能實現,如今能滿足世界日益增長的電力需求。在這篇文章中,我將探討如何實現。

  為何選擇GaN?

  當涉及功率密度時,GaN為硅MOSFET提供了幾個主要優點和優勢,包括:

  較低的RDS(on):如表1所示,GaN的MOSFET面積為RDS(on)的一半。這直接使電路中傳導損耗降低了50%。因此,您可以在設計中使用較小的散熱器和更簡單的熱管理。

  

1.png

  較低的柵極和輸出電荷:GaN提供較低的柵極電荷。與MOSFET的4nC相比,典型的中壓器件具有大約1nC的柵極電荷(表2)。較低的柵極電荷使設計具有更快的導通時間和轉換速率,同時減少損耗。

  類似地,GaN具有顯著較低的輸出電荷(表2),這為每個設計帶來雙重優勢。首先,開關損耗下降多達80%,結合較低的傳導損耗,對功率密度有重大和積極的影響。第二,根據拓撲和應用,設計可在更高的開關頻率運行高達10倍。這大大減少了磁性材料的尺寸以及設計的尺寸和占用空間,同時將整體效率提高了15%。

  

2.png

  零反向恢復:硅MOSFET在50至60 nC范圍內具有典型的反向恢復電荷,具體取決于其尺寸和特性。當MOSFET關斷時,體二極管中的反向恢復電荷(Qrr)產生損失,從而增加了總的系統開關損耗。這些損耗與開關頻率成正比。如圖1所示,較高頻率下的Qrr損耗使得MOSFET在許多應用中變得不切實際。

3.png

  1.相比GaN替代品,MOSFET的反向恢復電荷(Qrr)損耗在較高頻率下要大得多。

  相比之下,GaN具有零反向恢復和零Qrr損耗,使GaN FET成為硬切換應用的理想選擇,如稍后的示例所示。

  驅動GaN

  不管所用的GaN類型如何,柵極驅動設計對于實現最佳的整體性能至關重要。一個糟糕的柵極驅動設計的一個很好的類比是在一級方程式賽車上使用街胎。

  在設計柵級驅動器時,請注意以下幾個關鍵參數:

  偏置電壓:重要的是將柵極偏置為最佳電壓以獲得最佳的開關性能,同時保護柵極免受潛在的過壓狀況。偏置電平隨類型和GaN制造工藝而異,需要相應設置。具有鉗位或過壓保護電路也極其關鍵。

  環路電感:由于GaN的高壓擺率和開關頻率,設計中的任何寄生電感都會在系統中引入損耗和振鈴。許多電感源存在于GaN FET和驅動器封裝中的引線和內部接合線以及印刷電路板(PCB)跡線的設計中。雖然可將其減少,但很難消除它們。諸如LMG3410的GaN功率級解決方案將驅動器和GaN FET集成到單個封裝中,顯著降低了總體電感。

  傳播延遲:短傳播延遲和良好匹配(針對半橋拓撲)對于高頻操作非常重要。 25 ns的傳播延遲和1到2 ns的匹配是高頻(1 MHz或更高)設計的一個很好的起點。

4.png

  2. 如通過優化的驅動器設計的GaN開關波形所證明的,GaN可以非常高速的轉換速率工作,并且使交換節點上的振鈴最小。

  通過最佳的柵極驅動設計和PCB布局,您可以非常高的轉換速率(> 100 V / ns)運行GaN,使交換節點上的振鈴最小。圖2所示為這種設計的開關波形的示例。

  設計實例:下一代PFC解決方案

  由于其獨特的特性,GaN幫助電源設計人員克服了不同系統和應用中功率密度方面最困難的挑戰。這些好處不是來自于在現有設計中簡單地將MOSFET替換為等效GaN。GaN使得以前不可能使用硅MOSFET實現的新電路拓撲結構和/或工作模式變為現實。顯著的優勢導致新一代的產品尺寸更小、效率更高。我們來看一個這樣的示例。

  功耗因數校正(PFC)在消耗大于75W的每個電氣或電子產品中是強制性的。PFC是位于電源和系統其余部分之間的第一個電源轉換模塊,并在任何給定的工作點承載整個負載。因此,它直接影響整個系統的大小和效率。

  已設計出不同拓撲的一代產品,旨在減小尺寸,同時滿足行業標準的效率。例如,在80 Plus中定義的效率水平對于鈦級電源需要96%的效率。

5.png

  3. 雙橋PFC拓撲通常用于許多大功率設計。

  許多大功率系統(> 1 kW)采用雙橋拓撲結構(圖3)。隨著碳化硅(SiC)二極管和最新一代的超結MOSFET晶體管的引入,我們已經看到過去十年中功率密度方面的改進。然而,這些改進已達到效率和功率密度的停滯期。

  功率密度的顯著增加需要一種替代方法:

  電源開關的數量

  濾波電感的數量

  電感器的尺寸

  散熱片和冷卻元件的尺寸

  一種替代方案是連續導通模式圖騰柱拓撲。這種拓撲結構充分利用了GaN的所有關鍵特性,最終導致尺寸更小、工作頻率更高的設計(圖4)。GaN的零反向恢復對于實現該拓撲特別重要。

6.png

  4. 圖騰柱PFC拓撲結構在降低工作頻率的同時降低設計尺寸,充分利用了GaN的零反向恢復。

  表3總結了這種無橋PFC設計的幾個主要優點,并做了進一步闡述:

  電源開關:與雙橋拓撲相比,圖騰柱PFC替代了兩個超結MOSFET和兩個僅具有兩個GaN器件的SiC二極管。

  濾波電感器:該拓撲結構消除了功率級中的一個龐大的濾波電感。電感器的去除及功率開關數量的減少也提高了整體系統的可靠性。

  尺寸:由于GaN在高得多的開關頻率(通常為40至60 kHz條件下的MOSFET的四倍)條件下工作,您可使用較小的濾波電感。此外,GaN的較低開關損耗使得設計人員能夠在功率級中顯著縮小散熱片的尺寸。

  效率:精心設計的圖騰柱PFC的高效率達99%以上。為了說明這一點,在整個PFC階段,1 kW的功耗消耗不到10W。

  成本:由于其現有制造成本,GaN器件的溢價將更高。然而,鑒于此處節省的成本,系統總成本應與現有的MOSFET設計相當。

  

7.png

  現代圖騰柱設計還利用數字功率控制器進一步提高效率,總諧波失真和其他關鍵設計參數。數字控制器(如C2000和UCD3138)可以智能地控制功率級操作,實時優化效率,并響應線路和負載條件。

  結論

  我們見證了需要更高功率的諸如云計算、5G電信基礎設施、風電和太陽能電站及電動和混合動力汽車等行業的日益增長的需求。隨著硅MOSFET達到停滯期,設計人員正在探索寬帶隙技術,如GaN的下一個設計。

  如PFC示例所示,GaN不僅提高了效率,而且將電源的尺寸大大降低了30%至50%。您可以在隔離或非隔離的dc-dc轉換器、逆變器和其它電源轉換子系統中使用GaN,以顯著降低功耗、部件數量、重量和尺寸。


本站內容除特別聲明的原創文章之外,轉載內容只為傳遞更多信息,并不代表本網站贊同其觀點。轉載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權歸版權所有權人所有。本站采用的非本站原創文章及圖片等內容無法一一聯系確認版權者。如涉及作品內容、版權和其它問題,請及時通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當措施,避免給雙方造成不必要的經濟損失。聯系電話:010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。
欧美激情办公室aⅴ_国产欧美综合一区二区三区_欧美午夜精品久久久久免费视_福利视频欧美一区二区三区

          免费中文字幕日韩欧美| 欧美另类综合| 欧美国产高潮xxxx1819| 欧美日韩大片一区二区三区| 欧美日韩mv| 最新成人av网站| 亚洲综合三区| 精品动漫3d一区二区三区免费版 | 亚洲福利精品| 日韩视频在线观看国产| 老鸭窝毛片一区二区三区| 欧美日韩高清在线一区| 亚洲国产精品一区制服丝袜| 国产美女一区| 国产一区欧美| 久久久www| 夜夜精品视频| 欧美三日本三级少妇三99| 日韩午夜一区| 国产一区在线免费观看| 亚洲欧美成人综合| 一区二区视频在线观看| 欧美理论在线| 蜜桃av一区| 一区二区高清视频| 亚洲午夜精品久久久久久浪潮| 亚洲一区二区精品在线| 亚洲午夜激情| 国产自产在线视频一区| 久久久久久亚洲精品杨幂换脸| 亚洲美女视频在线免费观看| 黄色av成人| 国产精品va| 欧美日韩一区二区高清| 欧美一区二区三区四区在线观看地址| 国产伦精品一区二区| 亚洲美女色禁图| 亚洲第一精品影视| 激情综合自拍| 精品9999| 亚洲人成网站在线观看播放| 亚洲成色www久久网站| 欧美精品成人| 欧美日韩综合精品| 国外成人免费视频| 99香蕉国产精品偷在线观看| 欧美~级网站不卡| 久久伊人亚洲| 欧美日韩一区二区视频在线 | 激情自拍一区| 国产主播一区| 在线观看的日韩av| 亚洲国产精品www| 亚洲国产mv| 亚洲免费播放| 免费永久网站黄欧美| 性一交一乱一区二区洋洋av| 蜜桃伊人久久| 国产精品第十页| 99国产精品自拍| 国产伦精品一区二区三区视频孕妇| 国产精品日韩| 欧美日韩三级| 亚洲精品黄色| 久久久久网址| 黑人中文字幕一区二区三区| 99精品国产在热久久下载| 久久久精品动漫| 久久狠狠婷婷| 精品69视频一区二区三区Q| 99精品国产福利在线观看免费| 亚洲一区精彩视频| 欧美阿v一级看视频| 韩国av一区| 国产日韩欧美在线播放不卡| 久久久噜噜噜久久狠狠50岁| 亚洲午夜av| 免费久久99精品国产自| 国产一区美女| 鲁鲁狠狠狠7777一区二区| 欧美区亚洲区| 国产精品日韩欧美一区| 欧美三日本三级少妇三99| 亚洲毛片网站| 欧美在线二区| 先锋亚洲精品| 亚洲精品美女91| 欧美福利影院| 蜜桃视频一区| 一本久道久久综合婷婷鲸鱼| 欧美三级视频| 久久亚洲欧洲| 国产一区导航| 亚洲高清不卡一区| 欧美少妇一区| 欧美成人一品| 久久婷婷影院| 亚洲免费在线| 国产精品一区二区在线观看 | 久久资源在线| 亚洲国内精品| 国产精品va| 欧美福利专区| 久久免费黄色| 免费在线观看成人av| 国产亚洲综合精品| 一区二区三区欧美在线| 免费中文字幕日韩欧美| 香蕉久久久久久久av网站| 亚洲精品国产精品国自产观看| 欧美精品一卡| 欧美日韩第一区| 欧美精品导航| 欧美日韩国产高清| 欧美精品二区| 国产精品99免费看| 欧美特黄一级| 在线高清一区| 一区二区三区偷拍| 国产精品久久777777毛茸茸| 亚洲成人在线视频网站| 亚洲午夜一区| 在线视频精品一区| 99这里有精品| 性欧美精品高清| 免费h精品视频在线播放| 亚洲欧美卡通另类91av| 亚洲影院在线| 午夜日韩av| 国产精品多人| 在线日韩av| 国产欧美韩日| 久久久久久久久一区二区| 欧美一区在线看| 国产精品v亚洲精品v日韩精品 | 亚洲欧美日韩国产一区| 国产精品欧美久久| 久久综合伊人| 国内精品一区二区| 99re6热在线精品视频播放速度 | 亚洲人体一区| 国产精品推荐精品| 亚洲欧美综合一区| 亚洲黄色大片| 久久精品日产第一区二区| 午夜天堂精品久久久久| 最近看过的日韩成人| 亚欧成人精品| 黄色日韩精品| 久久久综合网| 亚洲精品色图| 欧美日本中文| 香蕉国产精品偷在线观看不卡| 欧美日韩亚洲在线| 国产日韩在线一区二区三区| 欧美成人一品| 国产精品视频| 91久久精品www人人做人人爽| 久久国产免费| 亚洲久久在线| 欧美激情性爽国产精品17p| 亚洲精品乱码| 欧美午夜欧美| 欧美1级日本1级| 免费亚洲婷婷| 国产亚洲在线| 亚洲精品一级| 黄色成人av网站| 欧美成人一品| 久久婷婷丁香| 午夜在线a亚洲v天堂网2018| 在线看片欧美| 欧美午夜不卡| 亚洲欧美影院| 久久综合九色综合久99| 国产精品美女久久久| 亚洲精品字幕| 一本色道久久综合亚洲精品不| 欧美日韩三区| 欧美日韩视频一区二区三区| 久久综合狠狠| 午夜国产精品视频| 久久婷婷国产综合尤物精品| 亚洲欧美久久久| 欧美亚洲免费高清在线观看| 国产日韩精品一区观看| 99亚洲一区二区| 国产精品日本欧美一区二区三区| 在线日韩av| 亚洲美女毛片| 国产视频久久| 另类图片国产| 欧美激情综合色综合啪啪| 欧美.www| 一区视频在线看| 在线综合亚洲| 亚洲综合日韩| 女人天堂亚洲aⅴ在线观看| 久久久精品五月天| 欧美福利网址| 亚洲高清在线观看一区| 亚洲国产免费看| 亚洲最黄网站| 久久久久久国产精品mv| 久久本道综合色狠狠五月| 久久久久国内| 亚洲视频欧美在线| 一本一本a久久| 久久最新视频| 亚洲高清电影| 久久精品综合一区| 亚洲私人影院| 香蕉久久a毛片| 国产精品vip| 国产精品夜夜夜| 欧美日韩一区二区视频在线观看| 极品日韩久久| 久久精品综合| 亚洲高清成人| 午夜久久福利| 国产精品一区视频网站| 欧美成人综合| 国产精品美女久久久| 欧美日本精品| 另类亚洲自拍| 99国产精品久久久久久久| 噜噜噜躁狠狠躁狠狠精品视频 | 久久亚洲午夜电影| 亚洲特色特黄| 欧美在线综合| 日韩一级欧洲| 狠狠入ady亚洲精品经典电影| 在线亚洲观看| 亚洲一级高清| 欧美.日韩.国产.一区.二区| 国产日韩精品久久| 亚洲午夜在线观看| 欧美一区免费视频| 国产精品区一区| 一区二区亚洲| 欧美色123| 欧美国产综合| 久久久蜜桃一区二区人| 国产日韩欧美二区| 亚洲欧洲精品一区二区三区波多野1战4| 久久精品91| 亚洲一区bb| 国产精品久久777777毛茸茸| 亚洲第一伊人| 国内激情久久| 国产精品分类| 国产精品豆花视频| 欧美精品黄色| 欧美a级片一区| 久热精品视频| 欧美成人一品| 欧美黄在线观看| 欧美在线免费一级片| 久久综合激情| 欧美一区1区三区3区公司 | 欧美日韩一区在线播放| 亚洲综合社区| 亚洲欧美日韩在线综合| 亚洲一区在线直播| 在线综合欧美| 国产日韩1区| 国产精品乱子乱xxxx| 99精品热视频只有精品10| 亚洲国产黄色| 在线亚洲免费| 亚洲女同同性videoxma| 亚洲欧美日韩在线观看a三区| 国产精品一区二区你懂得| 国产一区二区高清| 免费试看一区| 亚洲欧美亚洲| 亚洲激情黄色| 亚洲欧美卡通另类91av| 久久这里只有| 极品日韩久久| 国产精品视频| 午夜欧美视频| 亚洲精品免费观看| 欧美一级专区| 韩国精品一区二区三区| 亚洲高清网站| 噜噜噜91成人网| 国产精品豆花视频| 亚洲精品1区| 久久久久国产精品一区三寸| 国产精品hd| 夜夜夜久久久| 欧美a级一区| 亚洲美女黄色| 午夜久久影院| 一区二区三区精品国产| 欧美91视频| 日韩亚洲国产精品| 久久综合伊人| 一区二区动漫| 欧美在线91| 99精品免费| 国产一区二区三区四区老人| 国产精品久久久久久久久婷婷| 欧美精品国产一区| 国产精品久久久免费| 欧美日韩喷水| 久久国产精品久久久久久电车| 亚洲视频欧美在线| 久久不射2019中文字幕| 亚洲精品1区2区| 午夜国产精品视频| 亚洲一区二区四区| 亚洲国产mv| 欧美视频成人| 欧美1区2区3区| 欧美中文字幕| 日韩视频在线观看国产| 欧美性天天影院| 久久影院亚洲| 久久精品国语| 欧美亚洲网站| 亚洲激情一区| 亚洲网址在线| 欧美特黄一级| 欧美日韩亚洲免费| 久久综合中文| 老司机精品视频网站| 亚洲欧美日韩国产一区| 国产精品日本欧美一区二区三区| 影音先锋久久久| 一区在线视频观看| 国内一区二区在线视频观看| 欧美日韩另类综合| 欧美午夜视频| 国产一区二区中文字幕免费看| 欧美激情91| 国模精品娜娜一二三区| 国产精品s色| 亚洲私拍自拍| 亚洲激情欧美| 国产精品老牛| 久久久一本精品99久久精品66| 久久久福利视频| 久久综合九色综合欧美狠狠| 欧美a级在线| 国产精品久久| 99国产精品久久久久老师| 一本久道久久综合狠狠爱| 国产欧美另类| 麻豆91精品| 欧美黄色一级视频| 国产综合精品一区| 亚洲日韩视频| 久久电影一区| 欧美一区二区三区久久精品| 欧美激情日韩| 亚洲黄色在线| 久久精品123| 激情视频一区| 国产精品试看| 欧美理论在线| 一区二区三区高清视频在线观看| 国产亚洲综合精品| 久久久精品网| 伊人久久大香线蕉综合热线| 国产日韩1区| 午夜久久资源| 国产欧美一区二区色老头| 噜噜噜91成人网| 激情一区二区三区| 亚洲综合国产| 伊人久久大香线蕉综合热线| 亚洲一区二区免费看| 午夜久久tv| 国产一区二区你懂的| 欧美日本中文| 国产麻豆综合| 亚洲国内自拍| 欧美视频不卡| 蜜桃久久av| 999在线观看精品免费不卡网站| 蜜桃久久精品乱码一区二区| 亚洲电影在线| 欧美国产三区| 亚洲永久在线| 99re热精品| 激情综合亚洲| 欧美日韩成人| 欧美一区二区三区久久精品茉莉花| 日韩视频在线播放 | 久久精品综合| 一本色道久久综合亚洲精品高清| 欧美在线资源| 欧美一级一区| 亚洲一级在线| 亚洲少妇在线| 18成人免费观看视频| 欧美日韩一区综合| 久久一区免费|