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解決東芝級聯共源共柵技術問題 GaN 應用的痛點
(2025年8月23日更新)

與傳統的硅功率半導體相比,GaN和 SiC(碳化硅)具有更高的電壓能力、更快的開關速度、更高的工作溫度、更低的導電阻、功耗小、能效高等優異性能 , 是近年來新興的半導體材料。但它們也有不同的特點,簡單地說,GaN開關速度比 SiC 快,SiC 工作電壓比 GaN 更高。GaN寄生參數極小,開關速度極高,更適合電動汽車等高頻應用 DC-DC(直流 - 直流)轉換電路,OBC(車載充電)、低功率開關電源、蜂窩基站功率放大器、雷達、衛星發射器、通用射頻放大器等。SiCMOSFET(金屬 - 氧化物半導體場效應晶體管)的高壓高電流能力和驅動特性,使其適用于列車逆變器系統、工業電源、太陽能逆變器、 UPS(不間斷電源)高性能開關電源等,可大大提高效率、功率密度等性能。

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黃文源, 東芝電子元件(上海)有限公司半導體技術總括部技術規劃部 高級經理

東芝作為 SiC 和 GaN 早期產品研發者之一,有自己獨特的 SiC 和 GaN 產品技術。今年年初,東芝推出了兩種新型碳化硅(SiC)MOSFET 雙模塊——MG600Q2YMS3 和 MG400V2YMS3。這兩個新模塊在安裝方法中應用廣泛 IGBT 模塊、低損耗特性滿足工業設備提高效率、降低尺寸的需要,適用于逆變器和轉換器、可再生能源發電系統、電機控制設備、高頻 DC-DC 轉換器等應用場景。在 GaN方面,今年 1 月 31 日東芝發布了第一個集成在半橋的日東芝(HB)分流模塊MOS電流傳感器。當用于氮化鎵時(GaN)傳感器設備和其他設備時,傳感器可以使電力電子系統具有較高的電流監測精度,但不會增加功率損耗,并有助于減少此類系統和電子設備的尺寸。

碳中和需要更高效的電子設備,特別是小型系統。然而,由于電感器兩側必須安裝半橋模塊和電流傳感器,因此很難將其集成在芯片上。由于這取決于分流電阻,電流檢測可以降低功耗(減少熱量)和精度。雖然今天的技術可以實現高精度電流傳感器,但它不能減少損失。東芝新技術采用級聯共源共柵,低壓 MOSFET 與 GaN 電流傳感采用場效應晶體管連接,因此無需使用分流電阻,避免其功耗。此外,還可以保證電路優化和尖端校準技術 10 MHz 上述帶寬可提高產品性能和測量精度。這種集成到半橋模塊的新型 IC 電容器和電感器的尺寸不僅提高了開關頻率,而且有助于電子設備的小型化。

另外,就 GaN 就設備技術而言,東芝的新型 GaN 共源共柵器件與傳統的共源共柵器件有很大的不同,因為共源共柵型依賴硅 MOSFET 來驅動 GaN HEMT,因此,通常很難通過外部柵極電阻控制開關速度。然而,東芝通過推出直接柵極驅動器來解決這個問題 IC 可直接驅動 GaN HEMT,改變開關速度,就像硅功率器件一樣,有助于簡化功率電子系統的整體設計。這種新型共源共柵器件的另一個優點是,由于GaN HEMT 格柵極是獨立控制的,因此新設備不會因外部電壓波動而引起硅MOSFET電壓變化導致誤導,有助于系統穩定運行。所以該新器Microsemi代理該部件具有電源應用所需的可靠性。本產品運行穩定,簡化了系統設計,可有效降低開關誤導造成額外能量損失的風險,輕松調整開關速度,是電力電子系統設計中需要考慮的重要因素。

(注:本文自轉載《IC2022年7月,代理商

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