快充时代下的氮化镓方案，英飞凌CoolGaN IPS面向30W至500W应用

于近日举办的英飞凌CoolGaN IPS第三代宽禁带（WBG）功率半导体媒体沟通会上，英飞凌展示并介绍了面向30W至500W功率级应用的这一系列新品。英飞凌电源与传感系统事业部大中华区副总裁陈志豪和电源与传感系统事业部应用市场经理卢柱强对新品做了详细介绍和解答。

英飞凌电源与传感系统事业部大中华区副总裁 陈志豪 / 英飞凌

 
陈志豪对英飞凌的在国内的营运现状进行了简介，英飞凌在大中华区的业务不断拓展，从成立上海办公室，到无锡扩厂，随后在北京成立分公司，之后又在无锡第二次扩厂。今年3月，英飞凌还在深圳成立了智能应用能力中心。在完成收购赛普拉斯半导体之后，英飞凌已成为全球十大半导体供应商之一。

英飞凌传感系统事业部应用市场经理 卢柱强 / 英飞凌

 
卢柱强随后对氮化镓和英飞凌在这一材料上的创新作了简述，目前充电器的技术和市场趋势主要分为大功率、小尺寸、通用性和低成本四个方面。在英飞凌和赛普拉斯合并之后，英飞凌得以在充电器设计上为客户提供一站式的解决方案。

18W至100W的充电器方案 / 英飞凌

 
英飞凌已经在18W-100W的功率范围内为客户提供了理想的解决方案，包括高性价比和高功率密度的方案。而氮化镓降低耗电和总系统成本，并提高工作频率、功率密度和系统整体效率的优势，使得这一宽禁带半导体材料愈发受到充电器市场和厂商的重视。
 
比如在电源应用中，氮化镓可以减少开关损耗，尤其是高频开关。这一优势要归结于其FOM RDS(on)×Qg只有硅器件的6%，可以显著减少驱动损耗。
 
自2018来了起，英飞凌的氮化镓开关管产品就已经实现量产，在通信与服务器领域为客户提供电源支持。2021年英飞凌推出了新品CoolGaN IPS系列，IPS的全名为集成功率级，即在GaN的开关管的基础上把驱动IC集成在一个封装内。

CoolGaN IPS IGI60F1414A1 / 英飞凌

 
英飞凌600 V CoolGaNTM 半桥式 IPS IGI60F1414A1L适合低功率至中功率范围、小型轻量化的设计应用。该产品采用了8x8 QFN-28的封装，针对散热效能进行强化，可为系统提供极高的功率密度。IPS IGI60F1414A1L还集成了两个 140 mΩ / 600 V CoolGaN 增强型 （e-mode） HEMT 开关以及英飞凌 EiceDRIVER™系列中的电气隔离专用高低侧栅极驱动器。

CoolGaN IPS产品亮点 / 英飞凌

 
系统级封装集成和栅极驱动器具备的高精度和稳定的传输延迟，可让IGI60F1414A1L提供最低的系统死区时间。 这将有助于系统效率极大化，使充电器和适配器解决方案的功率密度提升至更高水平，达到35 W/in³。
 
尽管氮化镓在高频下性能更好，但频率越高震荡越大，越容易损坏，所以英飞凌将驱动IC和开关器件集中起来，放到一个封装内，减少外部与相互的干扰，提高其可靠性，也易于工程师设计。而外围器件的减少，也相应减少了PCB面积。目前CoolGaN IPS的主要封装是8x8，未来英飞凌会提供更多的封装类型供客户选用。
 
卢柱强继续解释道，氮化镓一定是往高频跑的，工程师都在想办法往高频推，频率高了之后，尖锋或者是dv/dt会是一个很大挑战，这时候我们集成Driver以后依然留了一部分的便利性给工程师，我们会把门极驱动和Driver输出的驱动信号之间拉出来，把这个R/C/D网络留给工程师，根据他的实际线路来做配置，根据你具体的设计来进行优化。这里会给大家带来很大的便利和可靠性的优化。
 
在问及全氮化镓的方案什么时候能够普及时，卢柱强回答到：“从产品层面来看，英飞凌已经具备了全氮化镓方案，也就是包括原边的高压氮化镓，和复变同步整流的100V的氮化镓，我们这方面的方案也已经在跟客户合作，也就意味着这个从技术方向来看是可以做的，至于什么时候流行还是要看市场，因为这个市场变得太快，但是我们从器件的厂家来看，会配合市场的发展方向来提供产品。”
 
针对氮化镓的良率和成本问题，陈志豪表示：“以英飞凌这么多年在功率器件的生产工艺技术来看，我们生产的良率是非常高的。良率还牵扯到可靠性，你要提供给客户到哪个可靠性的产品，这都是决定良率的关键因素。我们观察过去20多年来硅的趋势，20多年前硅在刚推出的时候，跟氮化镓的现状很像，它的单价很高。我们的客户也希望推动碳化硅和氮化镓发展，原因是当它的使用量提高之后，它的成本自然就压下来了，这是一个最关键的因素。当然英飞凌一定会在这两者找到最佳的平衡点。”