更智能、更簡單的射頻電源解決方案

Wolfspeed 的 GaN on SiC 解決方案正在徹底改變射頻功率放大器的前驅動器、驅動器和輸出級。具體而言，新的高電子遷移率晶體管（HEMT）產(chǎn)品組合現(xiàn)在允許發(fā)射器鏈在單個偏置電壓下以更高的效率工作，同時在很寬的溫度范圍內(nèi)提供更多功率。

這是一項重大改進，因為從歷史上看，S波段放大器通常由幾級組成，所有級工作在不同的電壓下，如圖1所示。

圖 1：S 頻段的典型放大器功率陣容

Wolfspeed GaN on SiC 產(chǎn)品組合包含設計用于單偏置電壓的組件。這有助于簡化設計并降低整體系統(tǒng)成本。采用 Wolfspeed 組件的 50V 設計示例如下圖所示，如圖 2 所示。

圖 2：Wolfspeed 單偏置電壓陣容

現(xiàn)在讓我們看一下輸出級部分，特別是CGHV31500F HEMT器件。典型的 HEMT 器件通常屬于 2.7 — 2.9 GHz 范圍，例如 Microsemi 的 2729GN — 500V，其規(guī)格如圖 3 所示。

圖 3：美高森美 2729GN-500V 的額定功率和效率（來自數(shù)據(jù)表）

如果將這些參數(shù)與CGHV2F數(shù)據(jù)手冊圖31500所示的曲線及其相應的表格（如下圖4所示）進行比較，那么很明顯，即使帶寬更寬，同一級別的器件也能以更高的效率提供更高的輸出功率。

CGHV31500F 輸出和漏極效率與頻率的關系

圖 4：CGHV31500F 輸出功率和漏極效率與頻率的關系（取自數(shù)據(jù)表）

此外，當比較這兩組功率輸出數(shù)據(jù)時，我們可以觀察到 Wolfspeed 組件的功率增加了 15% 到 20%。它提高了可靠性和熱性能。簡單地說，這就是狼速的優(yōu)勢。

Wolfspeed 為設計協(xié)助和集成提供三個級別的客戶支持：射頻模型仿真（如圖 5 所示）、設計文件和參考、所有器件的標準測試夾具，以及不同頻段的定制夾具?？筛鶕?jù)要求提供參考設計（如圖35120所示的CGHV2F-AMP6演示電路）的所有仿真文件、格伯、原理圖和BOM。這有助于確保在設計階段一次性成功，從而提高整體上市速度。

圖 5：Wolfspeed RF 模型仿真示例

確實出現(xiàn)了一個問題：如何在更高的功率和更小的外形尺寸下提高可靠性？Wolfspeed 通過專注于提高效率，使結溫在安全范圍內(nèi)工作，從而實現(xiàn)這一目標。通過執(zhí)行有限元分析（FEA）和對結點溫度進行建模（如圖7所示），并在設計過程中使用這些信息，可以達到低于225°C的最高溫度。行業(yè)標準是150°C，如LDMOS和GaAs器件所示，但是這種SiC上的GaN系列晶體管在該溫度下可以提供超過10年的平均失效時間（MTTF）值。

擁有超過 206 億小時的現(xiàn)場設備和 15 年的生產(chǎn)年，這相當于時間故障 （FIT） 或故障率不到 <>！

圖7：結溫范圍內(nèi)的沃爾夫速度有限元分析

這與使用紅外溫度讀數(shù)的競爭對手形成鮮明對比，后者可以樂觀地查看結溫，從而導致可靠性降低。圖 8 總結了與主要競爭對手相比的可靠性差異。

圖 8：Wolfspeed 產(chǎn)品與行業(yè)領先競爭對手的可靠性比較

你怎么知道你實際上得到了更高的功率和效率？Wolfspeed花費了相當多的精力來表征和驗證GaN場效應晶體管（FET）的峰值功率和效率，如應用筆記（APPNOTE-017 Rev. A）所示。對100W和200W Wolfspeed晶體管進行了負載牽引測量，在多個頻率上具有最佳阻抗，并且非常接近建模值。結果表明，Wolfspeed的大信號模型準確地證明了這些器件的性能。

總而言之，與類似的行業(yè)領先器件相比，Wolfspeed 的 L 波段和 S 波段組件組合具有一些非常明顯的優(yōu)勢，包括更高的功率輸出、更好的效率和更大的頻率范圍，所有這些都在一個更小、更簡單的封裝中。這樣可以降低整體系統(tǒng)成本和更好的熱性能，從而提高器件使用壽命內(nèi)的可靠性。

審核編輯：郭婷