瑞萨电子氮化镓场效应晶体管的优势

氮化镓场效应晶体管是当今电力电子领域的明星，它正在提高功率转换效率、电机控制和功率密度，有效满足当前的市场需求和趋势。

Julius Kaluzevicius

Senior Staff Engineer

在这个时代，自动化设备及逆变器数量的增加正在彻底改变工业和家庭，对舒适生活方式的追求越来越依赖于高效可靠的电源管理解决方案。随着越来越多的设备和系统融入我们的日常生活，出于经济和环境原因，确保最佳能源使用至关重要。这种需求推动了电源控制和转换技术的进步，这些技术在提高电源效率和性能方面发挥着关键作用。

功率因数是电气系统效率的关键决定因素，因为功率因数越高，无功功率形式的能量浪费越少。通过优化功率因数，企业和家庭可以显着降低能源消耗和成本，从而实现更可持续的电力使用。在某些地区，法律要求进行功率因数校正（PFC），以确保有效使用能源并减轻电网压力。

如今，大多数开关电源和逆变器都采用传统的PFC拓扑结构，利用其简单性、低成本和可靠性。这些传统PFC解决方案的共同特点是使用硅MOSFET或绝缘栅双极晶体管（IGBT）。常见的问题是它们的开关损耗和散热，这在更高功率和更小尺寸下变得具有挑战性。

随着市场朝着能够以更低成本提供更高功率的小型器件发展，GaN FET开始发挥重要作用。氮化镓场效应管可实现效率和尺寸的改进，可以对系统总成本产生积极影响。

瑞萨电子的该解决方案演示了如何轻松地将硅器件替换为瑞萨电子氮化镓场效应管（见下图）。

1.2kW高压逆变器，基于GaN的功率因数校正（PFC）

该系统的关键部件是MCU，它确保了稳定可靠的系统性能。如今，MCU内核正变得越来越普通，外设提供了越来越多的价值，减少了对外部元件的需求并简化了电源电路控制。

瑞萨电子提供广泛的专用电机控制MCU和MPU产品组合。

由于氮化镓场效应管的独特特性，整体系统性能的提高是显而易见的：

提高硬开关和软开关电路的效率

提高功率密度

减小系统尺寸和重量

更简单的散热设计

降低整体系统成本

瑞萨电子氮化镓场效应晶体管的下一个非常重要的优势是，大多数器件都可以用常用的栅极驱动器驱动。此功能允许轻松进行系统升级，从而显著提高效率。

尽管氮化镓场效应晶体管是当今电力电子的明星，但不应忘记它们与其他部件结合使用可提高系统的整体性能。值得注意的是，逻辑组件经常被忽视或被认为是最后的。它们的主要缺点是它们占用的PCB空间，尽管具有成本优势，因为它通常需要多个组件。我们利用瑞萨电子独特的可编程混合信号器件GreenPAK和HVPAK来应对这一挑战。在该解决方案中，HVPAK用于过压保护和放电控制，这是一种相对较小的设备，在独立模式下工作，包含复杂的状态机，确保可靠的硬件运行。如果所选MCU不具备此功能，GreenPAK可在硬件中实现简单可靠的PWM重叠保护。

从整体趋势来看，电机控制和逆变器系统也变得越来越小，处理的功率也越来越高。这凸显了对解决方案的需求，该解决方案既能提高功率密度，又能最大限度地减少总组件数量和解决方案尺寸。

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瑞萨电子 (TSE: 6723)

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