探索TP65H070G4RS 650V SuperGaN® GaN FET：高效能与可靠性的完美结合

引言

在当今电子技术飞速发展的时代，功率半导体器件的性能和可靠性对于各种电子设备的运行至关重要。氮化镓（GaN）作为一种新型的半导体材料，凭借其优异的性能，在功率电子领域展现出了巨大的潜力。今天，我们就来深入了解一下Transphorm公司的TP65H070G4RS 650V SuperGaN® GaN FET，看看它是如何在众多功率器件中脱颖而出的。

文件下载：Renesas Electronics TP65H070G4RS 650V SuperGaN® FET采用TOLT封装.pdf

器件概述

TP65H070G4RS是一款650V、72mΩ的氮化镓场效应晶体管（GaN FET），属于常关型器件。它巧妙地将先进的高压GaN HEMT技术与低压硅MOSFET技术相结合，为我们带来了卓越的可靠性和性能。第四代SuperGaN®平台采用了先进的外延和专利设计技术，不仅简化了制造工艺，还通过降低栅极电荷、输出电容、交叉损耗和反向恢复电荷等方式，提高了效率，超越了传统的硅基器件。

特性亮点

先进技术加持

• Gen IV技术：采用经过JEDEC认证的GaN技术，确保了器件的高品质和可靠性。
• 动态导通电阻测试：对动态$R_{DS(on)eff}$进行生产测试，保证了器件性能的一致性。

稳健设计保障

• 宽栅极安全裕度：为器件的稳定运行提供了更广阔的安全空间。
• 瞬态过压能力：能够有效应对瞬间的过压情况，保护器件不受损坏。

低损耗优势

• 极低的$Q_{RR}$：大大降低了交叉损耗，提高了能源利用效率。
• 环保封装：符合RoHS标准且无卤封装，体现了环保理念。
• 顶部散热设计：有利于热量的散发，提高了器件的散热性能。

应用优势

高效节能

在硬开关和软开关电路中都能实现更高的效率，增加了功率密度，减少了系统的体积和重量，从而降低了整体系统成本。

驱动简便

可以使用常用的栅极驱动器轻松驱动，简化了电路设计。

布局优化

GSD引脚布局有助于高速设计，提高了电路的性能。

应用领域

TP65H070G4RS的应用范围广泛，涵盖了数据通信、广泛的工业领域、光伏逆变器、伺服电机和计算等多个领域。这些领域对功率器件的性能和可靠性要求较高，而TP65H070G4RS正好能够满足这些需求。

关键规格参数

参数	数值
$V_{DSS}$（V）	650
$V_{DSS(TR)}$（V）	800
$R_{DS(on)max}$（mΩ）	85
$Q_{oss}$（nC） typ	78
$Q_{G}$（nC） typ	9

这些参数为我们在设计电路时提供了重要的参考依据，帮助我们选择合适的器件。

绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行至关重要。以下是TP65H070G4RS在$T_{c}=25^{circ}C$时的绝对最大额定值：	符号	参数	极限值	单位
$V_{DSS}$	漏源电压（$T_{J}=-55^{circ}C$ to $150^{circ}C$）	650	V
$V_{DSS(TR)}$	瞬态漏源电压	800	V
$V_{GSS}$	栅源电压	±20	V
$P_{D}$	最大功耗 @$T_{c}=25^{circ}C$	96	W
$I_{D}$	连续漏极电流 @$T_{c}=25^{circ}C$	29	A
$I_{D}$	连续漏极电流 @$T_{c}=100^{circ}C$	18.4	A
$I_{DM}$	脉冲漏极电流（脉冲宽度：10μs）	120	A
$T_{c}$	工作温度（外壳）	-55 to +150	°C
$T_{J}$	结温	-55 to +150	°C
$T_{S}$	储存温度	-55 to +150	°C
$T_{sOLD}$	焊接峰值温度	260	°C

在实际应用中，我们必须确保器件的工作条件不超过这些额定值，以避免器件损坏。

电路实现

布局建议

在进行电路设计时，遵循特定的布局原则对于充分发挥GaN器件的优势至关重要。以下是一些硬开关电路的布局建议：

• 栅极回路：保持栅极回路紧凑，使用开尔文源极连接，以减少电感。
• 功率回路：尽量减小功率回路的路径电感，减少开关节点与高低功率平面的耦合。
• 噪声滤波：添加直流母线噪声滤波器（$R{C{DCL}}$）以减少电压振铃。
• 缓冲电路：在大电流工作时，添加开关节点缓冲器。

元件参数

参数	符号	值
单栅极电阻	$R{G}$（仅$R{G(OFF)}$）	45Ω（D1/D2/$R_{G(ON)}$: NS）
双栅极电阻	$R{G(ON)}/R{G(OFF)}$	30Ω / 45Ω
双栅极电阻	有效$R{G(ON)}/R{G(OFF)}$	18Ω / 45Ω
工作频率	$F_{sw}$	≤300kHz
栅极铁氧体磁珠	FB	180 - 330 at 100MHz
栅源电阻	$R{1}/R{2}$	10kΩ
直流链路RC噪声滤波器	$R{C{DCL}}$	4.7nF + 50Ω
开关节点RC缓冲器	$R{C{SN}}$	非必要（特定条件下需要）
栅极驱动器	Driver	Si823x/Si827x或类似型号

在实际设计中，我们需要根据具体情况对这些元件参数进行评估和调整，以优化电路性能。

设计考虑因素

GaN器件的快速开关特性虽然能够带来诸多优势，但也对PCB布局和探测技术提出了更高的要求。在评估Transphorm GaN器件时，我们需要遵循以下设计原则：	应该做的	不应该做的
通过缩短驱动和功率回路中的走线长度来减小电路电感	扭曲TO - 220或TO - 247的引脚以适应GDS板的布局
在将TO - 220和TO - 247封装安装到PCB时，尽量减小引脚长度	在驱动电路中使用长走线，使用长引脚的器件
使用最短的感应回路进行探测，将探头及其接地连接直接连接到测试点	使用差分模式探头或带有长导线的探头接地夹

总结

TP65H070G4RS 650V SuperGaN® GaN FET以其先进的技术、卓越的性能和广泛的应用领域，为电子工程师提供了一个优秀的功率器件选择。在设计过程中，我们需要充分了解其特性和参数，遵循特定的布局和设计原则，才能充分发挥其优势，实现高效、可靠的电路设计。你在使用GaN FET时遇到过哪些挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。