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支持瓦特到千瓦級應用的氮化鎵技術

2019-04-24 14:33:25 德州儀器

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兩年多前，德州儀器宣布推出首款600V氮化鎵（GaN）功率器件。該器件不僅為工程師提供了功率密度和效率，且易于設計，帶集成柵極驅動和穩健的器件保護。從那時起，我們就致力于利用這項尖端技術將功率級盡可能提高（和降低）。

氮化鎵在任何功率級別都很關鍵。工程師正努力提高切換速度、效率和可靠性，同時減小尺寸、重量和元件數量。從歷來經驗來看，您必須至少對其中的部分因素進行權衡，但德州儀器正通過所有這些優勢實現設計，同時通過在一個封裝中進行復雜集成來節省系統級成本，并減少電路板元件數量。從將PC適配器的尺寸減半，到為并網應用創建高效、緊湊的10 kW轉換，德州儀器為您的設計提供了氮化鎵解決方案。LMG3410和LMG3411系列產品的額定電壓為600 V，提供從低功率適配器到超過2 kW設計的各類解決方案。

通過導通電阻選擇器件

內部氮化鎵場效應晶體管（FET）的額定值為RDS(on) - 漏極-源極或導通電阻——其在功率轉換器的開關和傳導損耗中起著重要作用。這些損失會影響系統級效率及散熱和冷卻方法。因此，通常來講，RDS(on)額定值越低，可實現的功率水平越高，同時仍保持高效率。但是更高的RDS(on)可能更合適一些應用或拓撲，如圖1所示。

圖 1：采用典型電源拓撲結構的70和50mΩ氮化鎵器件

過流保護

集成的過流保護不僅簡化了用戶的布局和設計，且在短路或其他故障情況下，高速檢測實際上對于器件保護非常必要。德州儀器的氮化鎵器件產品組合具有<100-ns的電流響應時間，可通過安全關斷器件并允許其復位來自我防止意外擊穿事件。這可保護器件和系統免受從故障管腳讀出的故障條件的影響，如圖2所示。

圖 2：LMG3410/LMG3411系列產品的內部器件結構，包括FET、內部柵極驅動、壓擺率控制和保護功能

德州儀器的默認過流保護方法被歸類為“電流鎖存”保護；這意味著，若在器件中檢測到任何過流故障，FET將安全關斷，并在故障復位前保持關斷狀態。在我們的70mΩ器件中，故障在36 A觸發；對于50mΩ器件，故障觸發器擴展到61 A.

基于不同的應用，一些工程師可能更愿意在合理的瞬態條件下運行，為此我們提供逐周期過流保護。通過逐周期保護，在發生過流故障時，FET將安全關斷，且輸出故障信號將在輸入脈沖寬度調制器變為低電平后清零。FET可在下一個周期內重啟，且在瞬態條件下運行，同時仍能防止器件過熱。

表1所示為德州儀器的各類氮化鎵器件的主要規格、結構和典型系統功率電平。

器件	電壓(V)	RDS(on) (m?)	FET配置	過流保護方法
LMG5200	80	15	半橋	外接
LMG3410R050	600	50	單通道	鎖存
LMG3410R070	600	70	單通道	鎖存
LMG3411R070	600	70	單通道	逐周期