GaN HEMT為開關應用帶來低噪聲功率

氮化鎵 （GaN） 高電子遷移率晶體管 （HEMT） 是場效應晶體管的一種形式，它在微波頻率下工作時結合了高水平的性能和低噪聲系數。

不過，HEMT 與其他類型的 FET 器件有些不同，它的性能優于標準結或 MOSFET。這些獨特的器件在微波射頻 （RF） 應用中表現出色。來自 n 型區域的電子穿過晶格，許多電子保持在異質結附近（異質結是指通過兩個或多個半導體的接觸耦合形成的界面區域）。這種只有一層厚的電子形成二維電子氣體。

650V GaN HEMT 的開關能量 （E_sw） 是在硬開關條件下測量的。它可以與具有相同額定電流的 1,200 V 和 650 V SiC-MOSFET 進行比較。在這種情況下，GaN HEMT 器件的 E_sw 小于 1,200 V SiC MOSFET，而 1,200 V SiC MOSFET 又小于 650 V SiC MOSFET。

GaN 開關器件⁷ 支持高頻和千瓦級功率轉換。這些器件加上遷移率、擊穿場和速度等材料特性，可實現高功率開關等應用，并具有遠高于硅基功率器件的 100 倍性能優勢（V_BR²/R_開啟）。

GaN 器件將低損耗開關性能和高速完美結合，是能夠在兆赫茲地區實現超高帶寬的新興開關電源。這些類型的電源可以提高整體效率，從而為射頻基站功率放大器以及相控陣雷達的發射/接收 （T/R） 模塊等應用提供快速瞬態響應。

通過使用 GaN 開關進行設計，例如使用超高帶寬功率調節器，設計人員可以輕松實現直流偏置電壓調制，甚至轉換速率遠高于 100 A/μs 的脈沖負載電流。

GaN：在電力電子領域大放異彩

開關速度將能夠達到 10 MHz，從而使系統功率密度高于 500 W/in。² 以及 10 kW/lb 的功率重量比。GaN HEMT 還可以達到高于 600 V 的阻斷電壓，非常適合高壓開關作。此外，具有低導通電阻的大電流器件在硅和 SiC 襯底上采用了 GaN HEMT 技術，其最大電流遠高于 30 A。

GaN FET 為實現高功率密度提供了最佳途徑

GaN FET 的功率密度是硅晶體管的兩倍，磁性元件可以小 6 倍，而且非常可靠。^8、9、10

例如，LLC 轉換器是一種諧振逆變器，可用于電氣設備和電源。^10,11 首字母縮略詞“LLC”代表三個主要組件：兩個電感器 （L） 和一個電容器 （C）。

LLC 以其調節電流和電壓的有效性而聞名。其工作原理依賴于諧振電路，該電路可實現軟開關作，同時降低開關損耗。GaN 卓越的開關特性將顯著降低 LLC 應用的柵極驅動器損耗和關斷損耗。1 MHz 頻率會縮小磁性元件（見圖）。

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LLC 轉換器的工作取決于諧振電路，該電路可實現軟開關作，同時降低開關損耗。GaN 卓越的開關特性將顯著降低 LLC 應用的柵極驅動器損耗和關斷損耗。1 MHz 頻率會縮小磁性元件的尺寸。

LLC 轉換器可以將線性網絡（即諧振電路和變壓器）與無源和有源開關相結合。LLC 諧振轉換器與標準開關轉換器完全不同，因為它能夠通過為開關信號選擇合適的頻率來控制輸出電壓。

功率轉換器的 DOSA 標準化

分布式電源開放標準聯盟 （DOSA） 促進了電源轉換器的 DC-DC 產品標準化和兼容性。^12,13 聯盟的目標是在早期開發周期中建立客戶接口標準;這包括引腳布局、外形尺寸、功能集、封裝和其他能夠允許替代采購的參數。

DOSA 涵蓋廣泛的電源轉換器。它們包括非隔離式負載點 （POL）、隔離式應用和中間總線轉換器。

2004 年，針對大電流四分之一磚的 DOSA 標準與競爭設計相比具有許多優勢。該標準規定了添加的引腳的功能和位置——兩個額外的電源引腳位于 0.15 英寸。（3.81 毫米）位于 2004 年四分之一磚電源引腳位置之外，并與 2004 年四分之一磚電源引腳位置保持一致。

此外，額外的 output pins 利用了其相鄰 power pin的相反極性。從轉換器到電路板再到轉換器的整體環路電感降低了 10 倍。這增強了模塊的瞬態響應性能，降低了輸出紋波，并改善了引腳之間的負載電流平衡。

額外的輸出引腳也降低了負載板的總功耗，從而提高了熱性能，降低了擁有成本，并增強了可靠性。由于兩個額外的輸出引腳未位于現有引腳后面，因此減輕了返工和目視檢查的負擔。其余的 pins保持與當前四分之一磚標準相同的布局和功能，這簡化了電路板布局，因此兩種類型的模塊都可以使用。

在過去十年中，1/8 DOSA 功率磚型 DC-DC 轉換器的最大輸出功率從 300 W 增加到 600 W，同時保持了 95% 至 97% 的峰值效率。

GaN 的高效率

GaN FET 以及集成柵極驅動器和 GaN 功率器件通常會導致最高效率的 GaN 解決方案。GaN 晶體管的開關速度比硅 MOSFET 快得多，同時帶來更低的開關損耗。GaN 功率級將適用于廣泛的應用，從電信、電機驅動器和服務器到筆記本電腦適配器和電動汽車的車載充電器。