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业界视点:GaN功率元件生态系统不断扩大

2014-08-05 14:08
天堂的苦涩
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    作者:根津祯

    日本的机械电子及电子技术展会“TECHNO-FRONTIER 2014”上,各国企业纷纷展示了使用硅基板的GaN功率元件,从中可以看出GaN功率元件的生态系统不断扩大的趋势。

  加拿大的GaN Systems公司展出了耐压650V、电流容量高达100~200A的常闭型GaN功率晶体管(图1、2)。而目前市场上的GaN功率晶体管大多不到40A。

  图1:GaN Systems公司的主要人员

  图2:嵌入有GaN Systems公司的GaN功率晶体管的晶圆

  100A以上的大电流产品瞄准的是汽车用途。实际上,GaN Systems公司已在汽车相关厂商聚集的日本爱知县名古屋市设立了日本事务所。该公司打算在今后大力开拓包括汽车领域在内的日本市场,作为其中的一环,该公司首次参加了TECHNO-FRONTIER。

  GaN Systems的产品除了支持大电流外,还有一个特点是能用已有驱动器IC来驱动。该公司介绍说,“其他竞争公司的常闭型GaN功率晶体管必须用专用的驱动器IC,而我们的产品用塬来的驱动器IC也能驱动”。

  展示的100A产品和200A产品均已开始提供样品,100A产品预定2014年内量产,200A品预定2015年初量产。另外,100A产品的导通电阻为14mΩ,200A产品的导通电阻为7mΩ。

  由富士通半导体代工

  与GaN Systems一样,美国Transphorm公司也打算大力开拓日本市场。该公司与富士通及富士通半导体签订了合并GaN功率元件业务的协议,之后于2014年2月设立了日本分公司“Transphorm Japan”。

  今后将以Transphorm Japan委托富士通半导体制造这种形式来量产GaN功率元件。计划在会津若鬆工厂制造,由该工厂负责前工序。封装由其他企业代工。在会津若鬆工厂制造的GaN功率元件预定2014年第4季度开始供货。

  Transphorm公司的GaN功率元件以耐压为600V的产品为中心。此次在展会上首次展出了预定推出新产品线的TO-247封装产品(室温下34A)(图3)。已开始提供多款评估板,最近在产品线中新增了1kW单相逆变器(图4)。

  图3:Transphorm公司的GaN功率晶体管

  图4:Transphorm公司的1kW单相逆变器

  据Transphorm Japan的解说员介绍,日本的光伏逆变器厂商对GaN功率抱有浓厚兴趣。实际上,安川电机就预定在5kW级家用逆变器上採用Transphorm公司的GaN功率元件。

  开发超小型逆变器模块

  在业界率先推出GaN功率元件的美国国际整流器公司(International Rectifier,简称IR)展出了将6个GaN功率晶体管元件构成的3相逆变器电路等集成于小型封装内的“μIPM”的试制品(图5)。使用Si-MOSFET的μIPM已推出了实际产品。新款μIPM的特点是,通过使用GaN功率晶体管,与使用Si-MOSFET时相比损失更低。该产品使用耐压600V级的GaN功率元件。另外,GaN功率晶体管在正式上市时估计将採用与Si-MOSFET产品相同的12mm见方QFP封装。

  图5:IR公司的配备GaN功率元件的逆变器模块

  此外,该公司还展出了使用GaN功率元件的无桥PFC及升压转换器等(图6、7)。升压转换器为500W级,开关频率为2.5MHz,效率高达97%。使用耐压为600V级的GaN功率元件。而使用同级别耐压的硅功率元件时,“开关频率最高也不过150kHz”(解说员)。

  图6:IR公司的无桥PFC

  图7:IR公司的使用GaN功率晶体管的升压转换器

  另外,Transphorm和IR的GaN功率晶体管均为常开型,对低耐压Si-MOSFET实施共源共栅(Cascode)连接后可实现常闭工作。

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