关于英飞凌GaN系列产品的性能和应用分析

继硅和碳化硅之后，氮化镓(GaN)是公认的下一代半导体工艺技术；与硅相比，氮化镓具有许多的基础优势特性。例如在开关应用，氮化镓元器件具有较高的临界电场，使其对于具有出色的特定导通电阻和较小电容的功率半导体器件非常有吸引力，因此GaN HEMT非常适合高速开关。

英飞凌CoolGaNTM技术旨在充分利用GaN的优势，其中400V和600V CoolGaNTM e-mode HEMT产品适用于消费和工业应用，如服务器、电信设施、无线充电、适配器和充电器等，且远远超出当前标准。例如，英飞凌400V和600V CoolGaNTM HEMT专注于高性能和可靠性，正为各种应用及系统附加重要价值。

01GaN晶体管工作原理  

英飞凌CoolGaNTM采用p-GaN栅极结构，与具有增强型栅极驱动偏压的传统硅MOSFET类似。 当栅极施加正向电压时，电子被累积并在漏极和源极之间的横向二维电子气(2DEG)层中形成低电阻沟道。

有别于传统硅MOSFET体二极管，GaN器件的反向电流其实是开关状态之一。开关噪声的主要来源，则来自于消除该方向恢复电荷时产生。

02GaN晶体管优势  

CoolGaNTM晶体管是市场上具有最佳性能的功率器件。 它们采用最可靠的GaN技术制造，专为开关电源中的最高效率和功率密度而量身定制。

英飞凌的400V和600V CoolGaNTM e-mode HEMT可让使用者实现98％以上的系统效率(OMG)，并帮助客户使其终端产品更小更轻。600V CoolGaNTM晶体管的FOM(Rdson x Coss 与 Rdson x Ciss)非常小、令人印象深刻，客户可以运用此特性转化为有价值的应用优势。

03高质量保证  

GaN开关的规格认证需要专门的方法，远远超出现有的硅标准：英飞凌全面提升GaN器件的质量，使GaN器件跟现有英飞凌硅器件同样可靠，GaN测试条件远远超出应用标准，确保提供长期质量和可靠性。

加速老化测试亦已包括在GaN测试验证过程当中，通过掌握客户应对开关器件应用场景和GaN器件失效模型分析的验证方法，确保英飞凌GaN器件在目标应用中完全满足寿命和质量要求。

04GaN产品&应用举例  

所以，集此三大优势打造的氮化镓产品案例——英飞凌 600V CoolGaNTM产品系列是基于GaN量身定制的规范工艺基础上实现，并采用高性能SMD封装以充分发挥GaN的优势。

主要优势

①极高的SMPS功率转换效率；

②功率密度可提升3倍；

③SMD封装确保了GaN的开关能力得以完全发挥；

④易于与驱动IC产品组合使用等……

更厉害的是，600V CoolGaNTM产品可支持采用简单的PFC半桥图腾拓扑(包括弃用有损输入桥式整流器)。在方案设计者可以在两种不同的结果中进行选择：一种是效率略微提升但BOM成本显著下降，另一种则是效率大幅度提升(>99%)但BOM成本有所增加，如下图所示。

此外，英飞凌GaN工艺产品正为众多系统增加重要价值，无论是消费还是工业应用，如服务器、电信设施、无线充电、音频、适配器以及充电器等。这里小编为大家举个例子——采用600V，70mΩ CoolGaNTM(IGT60R070D1)器件设计了3.6kW电信设施SMPS系统。

该系统基于LLC DC/DC拓扑结构，具有高达400VDC输入和52.5V输出电压，在160W/inch3功率密度下可提供高达3.6kW的功率。该系统的峰值效率达到98.5％(Vin = 390VDC，Vout= 52.5V)，并且对于高于20％的负载，其保持大于97％，实现了更高的功率密度和功率转换效率，从而降低电信供应商的运营成本。