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TI最新車用GaN FET 整合驅動器、保護功能與主動式電源管理
 

【CTIMES/SmartAuto 報導】   2020年11月11日 星期三

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德州儀器(TI)近日拓展其高壓電源管理產品組合,推出適用於汽車及工業應用的650V及600V氮化鎵場效電晶體(GaN FET),整合快速開關的2.2MHz閘極驅動器,相較於既有解決方案,其能協助工程師實現電源密度加倍、效率高達99%,且電磁尺寸縮小59%。

德州儀器(TI)新款650V及600V氮化鎵場效電晶體(GaN FET),整合快速開關的2.2MHz閘極驅動器,電源密度加倍、效率高達99%,且電磁尺寸縮小59%。
德州儀器(TI)新款650V及600V氮化鎵場效電晶體(GaN FET),整合快速開關的2.2MHz閘極驅動器,電源密度加倍、效率高達99%,且電磁尺寸縮小59%。

TI運用特殊氮化鎵及矽基氮化鎵(GaN-on-Si)基板技術,研發最新場效應電晶體 (FET),在成本與供應鏈方面均優於碳化矽等其他基板材質。

汽車電氣化正顛覆汽車產業,消費者也希望充電能更快速、續航力更長,因此工程師必須設計出體積更小、重量更輕的車載系統。而TI最新的車用GaN FET,相較於矽或碳化矽解決方案,電動車車載充電器和 DC/DC轉換器尺寸可減半,進而延長電池續航力、提升系統可靠度、降低設計成本。在工業設計中,AC/DC供電應用(如5G電信整流器、伺服器電源供應器)重視低損耗及縮減的電路板面積,新裝置可達到高效率及電源密度要求。

Strategy Analytics動力系統、車體、底盤與安全服務總監 Asif Anwar表示:「氮化鎵等寬能隙半導體(wide-bandgap semiconductor)技術將種種實際技術帶入電力電子領域,但目前在xEV市場的普及率仍有限,尤其是高電壓系統。TI在電源管理市場投資研發逾十年,塑造出獨特的全方位策略,以獨有的矽基氮化鎵裝置,結合最佳化的矽驅動器技術,成功將氮化鎵導入新應用」。

TI高壓電源副總裁Steve Lambouses指出:「工業和汽車應用愈來愈需要在更小的空間內提供更大的電源,設計人員推出的電源管理系統必須具備實證,以便在終端設備內長期穩定運作,TI研發氮化鎵技術,完成超過4000萬小時可靠性測試,以及超過5GWh的電源轉換應用測試,協助工程師在各市場滿足終生可靠的要求」。

在高電壓、高密度應用中,縮小電路板面積為重要設計考量。TI最新GaN FET整合快速開關驅動器、內部保護及溫度感測,協助工程師達到高性能,同時縮小電源管理設計的電路板空間。這項整合搭配TI氮化鎵技術的高電源密度,讓工程師設計分離式解決方案時,不需使用十多項元件;此外,在半橋式配置(half-bridge configuration)中,每個30mΩ FET可支援最高4kW的電源轉換。

高功率因素校正(PFC)效率

氮化鎵具備快速開關優勢,能打造體積更小、重量更輕、效率更高的電源系統。然而過去為了提高開關速度,總得犧牲功率。為了減少功率損耗,最新GaN FET運用TI的理想二極體模式。

以PFC為例,相較於分離式的氮化鎵和碳化矽金屬氧化物矽FET(MOSFETs),理想二極體模式減少的第三象限損耗高達66%;理想二極體模式不需要自適應性死區控制(adaptive dead-time control),故可降低韌體複雜度及縮短研發時間。

此外,TI GaN FET封裝熱阻抗比競品低23%,因此工程師可選用較小的散熱片,並簡化熱能設計,新裝置提供最大熱能設計彈性,不論是何種應用,均可選擇上側或下側冷卻封裝,且FET內建數位溫度通報功能,可達到主動式電源管理,有助於工程師在各種負載及運作條件下,最佳化系統散熱性能。

四款新型工業級600V GaN FET試產樣品已開放購買,採用12mm-by-12mm QFN封裝,預計將於2021年第一季量產出貨。

關鍵字: 車用  氮化鎵  功率因素  TI(德州儀器, 德儀
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