更智能、更简单的射频电源解决方案

Wolfspeed 的 GaN on SiC 解决方案正在彻底改变射频功率放大器的前驱动器、驱动器和输出级。具体而言，新的高电子迁移率晶体管（HEMT）产品组合现在允许发射器链在单个偏置电压下以更高的效率工作，同时在很宽的温度范围内提供更多功率。

这是一项重大改进，因为从历史上看，S波段放大器通常由几级组成，所有级工作在不同的电压下，如图1所示。

图 1：S 频段的典型放大器功率阵容

Wolfspeed GaN on SiC 产品组合包含设计用于单偏置电压的组件。这有助于简化设计并降低整体系统成本。采用 Wolfspeed 组件的 50V 设计示例如下图所示，如图 2 所示。

图 2：Wolfspeed 单偏置电压阵容

现在让我们看一下输出级部分，特别是CGHV31500F HEMT器件。典型的 HEMT 器件通常属于 2.7 — 2.9 GHz 范围，例如 Microsemi 的 2729GN — 500V，其规格如图 3 所示。

 

频率	引脚 （W）	噘嘴 （W）	编号 （A）	RL （分贝）	铁（%）	G（分贝）	下垂 （分贝）
2700兆赫	35	562	2.45	-15	52	12.0	0.5
2800兆赫	35	537	2.25	-17	55	11.8	0.4
2900兆赫	35	575	2.05	-9	61	12.1	0.4

 

图 3：美高森美 2729GN-500V 的额定功率和效率（来自数据表）

如果将这些参数与CGHV2F数据手册图31500所示的曲线及其相应的表格（如下图4所示）进行比较，那么很明显，即使带宽更宽，同一级别的器件也能以更高的效率提供更高的输出功率。

CGHV31500F 输出和漏极效率与频率的关系

 

参数	2.7千兆赫	2.9千兆赫	3.1千兆赫	单位
输出功率	650	705	604	W
获得	12.1	12.5	11.8	分贝
排水效率	70	68	58	%

 

图 4：CGHV31500F 输出功率和漏极效率与频率的关系（取自数据表）

此外，当比较这两组功率输出数据时，我们可以观察到 Wolfspeed 组件的功率增加了 15% 到 20%。它提高了可靠性和热性能。简单地说，这就是狼速的优势。

Wolfspeed 为设计协助和集成提供三个级别的客户支持：射频模型仿真（如图 5 所示）、设计文件和参考、所有器件的标准测试夹具，以及不同频段的定制夹具。可根据要求提供参考设计（如图35120所示的CGHV2F-AMP6演示电路）的所有仿真文件、格伯、原理图和BOM。这有助于确保在设计阶段一次性成功，从而提高整体上市速度。

图 5：Wolfspeed RF 模型仿真示例

确实出现了一个问题：如何在更高的功率和更小的外形尺寸下提高可靠性？Wolfspeed 通过专注于提高效率，使结温在安全范围内工作，从而实现这一目标。通过执行有限元分析（FEA）和对结点温度进行建模（如图7所示），并在设计过程中使用这些信息，可以达到低于225°C的最高温度。行业标准是150°C，如LDMOS和GaAs器件所示，但是这种SiC上的GaN系列晶体管在该温度下可以提供超过10年的平均失效时间（MTTF）值。

拥有超过 206 亿小时的现场设备和 15 年的生产年，这相当于时间故障 （FIT） 或故障率不到 <>！

图7：结温范围内的沃尔夫速度有限元分析

这与使用红外温度读数的竞争对手形成鲜明对比，后者可以乐观地查看结温，从而导致可靠性降低。图 8 总结了与主要竞争对手相比的可靠性差异。

 

	狼速	领先的碳化硅氮化镓竞争对手
Ɵjc	基于 FEA	基于红外
TJC，最大值	225摄氏度	200摄氏度
平均故障时间 @ 200C	1 x 107	1.13 x 106
平均故障时间 @ 225C	2 x 106	1.6 x 105

 

图 8：Wolfspeed 产品与行业领先竞争对手的可靠性比较

你怎么知道你实际上得到了更高的功率和效率？Wolfspeed花费了相当多的精力来表征和验证GaN场效应晶体管（FET）的峰值功率和效率，如应用笔记（APPNOTE-017 Rev. A）所示。对100W和200W Wolfspeed晶体管进行了负载牵引测量，在多个频率上具有最佳阻抗，并且非常接近建模值。结果表明，Wolfspeed的大信号模型准确地证明了这些器件的性能。

总而言之，与类似的行业领先器件相比，Wolfspeed 的 L 波段和 S 波段组件组合具有一些非常明显的优势，包括更高的功率输出、更好的效率和更大的频率范围，所有这些都在一个更小、更简单的封装中。这样可以降低整体系统成本和更好的热性能，从而提高器件使用寿命内的可靠性。

审核编辑：郭婷