650 V-GaN和SiGe整流器解決方案

Nexperia在 TO-247 和專(zhuān)有 CCPAK 表面貼裝封裝中采用下一代高壓 GaN HEMT H2 技術(shù)的新系列GaN FET 解決方案將主要面向汽車(chē)、5G 和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。Nexperia 還發(fā)布了具有 120 V、150 V 和 200 V 反向電壓的硅鍺 (SiGe) 整流器新解決方案，這些解決方案結(jié)合了肖特基同類(lèi)產(chǎn)品的高效率和快速恢復(fù)二極管的熱穩(wěn)定性。

新器件在通態(tài)電阻方面提供卓越的性能，并通過(guò)級(jí)聯(lián)配置簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，無(wú)需驅(qū)動(dòng)器和控件。

“我們發(fā)現(xiàn)機(jī)架式電源對(duì)電信服務(wù)器的吸引力。即使在 5g 數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)農(nóng)場(chǎng)也需要越來(lái)越高的效率，在所有輸出范圍內(nèi)的效率肯定超過(guò) 90%，這使您進(jìn)入鈦級(jí)。而且，這就是我們發(fā)現(xiàn)對(duì)我們的產(chǎn)品組合的需求量更大的地方，“Nexperia 總經(jīng)理 Michael LeGoff 說(shuō)。

汽車(chē)制造商和其他系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員正在更高的溫度下運(yùn)行，并且越來(lái)越多地推動(dòng)更高的效率——無(wú)論是出于小型化、性能、監(jiān)管或其他原因。針對(duì)汽車(chē)、通信基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)器市場(chǎng)，新型 1-3 A SiGe 整流器在 LED 照明、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元或燃料噴射等高溫應(yīng)用中特別有利。

“在理想的世界中，設(shè)計(jì)師會(huì)使用肖特基二極管，因?yàn)樗鼈冃屎芨?，正向電壓很低，開(kāi)關(guān)速度很快；它們唯一的問(wèn)題是，首先，它們不適用于如此高的電壓。因此，它們不太容易找到電壓，比如說(shuō)大約150或200伏，因?yàn)樗鼈冏兊梅浅５托?，而且在熱方面也不是這樣Nexperia的產(chǎn)品經(jīng)理Jan Fischer說(shuō)，這是穩(wěn)定的。

他繼續(xù)說(shuō)道，“當(dāng)你在非常高的溫度下操作它們時(shí)，它們往往會(huì)進(jìn)入一種稱(chēng)為熱失控的效應(yīng)。這就是為什么對(duì)于泄漏電流非常敏感的高溫應(yīng)用，我們的客戶通常使用 pn 整流器，但反過(guò)來(lái)，這些整流器效率不高，因?yàn)樗鼈兙哂蟹浅８叩恼螂妷汉透邆鲗?dǎo)損耗. 我們相信，硅鍺整流器可以兼具兩全其美，因?yàn)樗鼈兲峁┫裥ぬ鼗O管一樣的低 Vf 和 pn 整流器的熱穩(wěn)定性?！?/p>

GaN Nexperia 解決方案

GaN 晶體管比硅 MOSFET 更快、更小。GaN 的性能表明效率和性能得到了顯著提高，從而帶來(lái)了一些硅技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新應(yīng)用。

新的 GaN 技術(shù)使用外延通孔，將缺陷和模具尺寸減少了大約 24%。[R DS（ON）也減少到只有41毫歐（最大，35毫歐（典型值），在25℃）與在傳統(tǒng)的TO-247初始版本。使用 CCPAK 表面貼裝版本，降低將進(jìn)一步增加，最高可達(dá) 39 mΩ（在 25 °C 時(shí)最大為 33 mΩ，典型值）。由于這些部件被配置為級(jí)聯(lián)器件，因此它們也很容易使用標(biāo)準(zhǔn) Si MOSFET 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。CCPAK 表面貼裝版本 GAN039 將符合 AEC-Q101 的汽車(chē)應(yīng)用要求。

“它還允許我們提高 R DS (on) 水平，但仍使用相同的共源共柵配置。我們看到動(dòng)態(tài)特性提高了約 15%。將采用該工藝已獲批準(zhǔn)的下一代技術(shù)發(fā)布的兩種產(chǎn)品采用 TO247 封裝，可為您提供大約 41 mohm 的RDS（on），我們還將發(fā)布采用 CCPAK 表面貼裝封裝的相同芯片在頂部和底部冷卻選項(xiàng)。CCPAK 將成為我們認(rèn)為的行業(yè)領(lǐng)先的表面貼裝設(shè)備?！?邁克爾·勒戈夫說(shuō)。

CCPAK 表面貼裝采用創(chuàng)新和成熟的銅夾封裝技術(shù)來(lái)代替內(nèi)部連接線。這減少了寄生損耗，優(yōu)化了電氣和熱性能并提高了可靠性：寄生電感降低了 3 倍，從而降低了開(kāi)關(guān)損耗和 EMI，與引線鍵合解決方案相比具有更高的可靠性。

圖 1：Nexperia 的解決方案

CCPAK GaN FET 提供頂部或底部冷卻配置。

硅鍺解決方案

鍺硅 (SiGe) 整流器結(jié)合了肖特基整流器的效率和快速恢復(fù)二極管的熱穩(wěn)定性，使工程師能夠優(yōu)化他們的 100-200V 電源設(shè)計(jì)。對(duì)于許多電路設(shè)計(jì)而言，主要挑戰(zhàn)是：每個(gè)空間集成更多功能、最高效率設(shè)計(jì)和系統(tǒng)小型化。SiGe 整流器是一種理想的解決方案，具有高效率、易于熱設(shè)計(jì)和小尺寸等優(yōu)點(diǎn)。

這些器件適用于汽車(chē)行業(yè)、服務(wù)器市場(chǎng)和通信基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用，可在高達(dá) 175 °C 的溫度下安全運(yùn)行。SiGe 具有比硅更小的頻帶、更快的開(kāi)關(guān)頻率和更大的電子遷移率，從而提供改進(jìn)的高頻開(kāi)關(guān)行為。Nexperia 開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)工藝專(zhuān)利，可滿足看似相互沖突的高效和高溫操作需求（圖 2 和圖 3）。

圖 2：Nexperia 新型 SiGe 整流器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖。

圖 3：肖特基和 SiGe 整流器的漏電流與外殼溫度的關(guān)系。當(dāng)泄漏電流的增加變得超指數(shù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生熱失控。

為了進(jìn)一步提高性能，Nexperia 提供的解決方案采用 FlatPower (CFP) 兩引腳夾式封裝（CFP3 和 CFP5），從而提供出色的散熱性能。它還允許引腳對(duì)引腳的兼容性以及肖特基整流器和快速恢復(fù)整流器的直接替代。

SiGe 器件具有低漏電流（約 1 nA）和更低的傳導(dǎo)損耗，從而提高了各種應(yīng)用的效率?！按致怨烙?jì)，在與最佳快速恢復(fù)二極管相同的熱穩(wěn)定性下，您可以預(yù)期效率提高 5% 到 10%，”Jan Fischer 說(shuō)。

所有設(shè)備均通過(guò)了 AEC-Q101 汽車(chē)使用認(rèn)證——按照多家汽車(chē)制造商的要求，終生通過(guò) 2 次 AEC-Q101 測(cè)試。其他重要應(yīng)用包括 LED 照明和通信基礎(chǔ)設(shè)施。

審核編輯：郭婷