隨著“中國制造-2025”實施和新基建發(fā)展，各種電源裝置迫切需要突破硅基技術在高耐壓、高耐溫、便攜、小尺寸、高能效等方面的瓶頸，發(fā)展能耗低、體積小、重量輕、耐惡劣環(huán)境的新一代功率電子技術。

 

近日，2021功率半導體與車用LED技術創(chuàng)新應用論壇在上海舉行。本屆論壇由半導體產業(yè)網和勵展博覽集團共同主辦，并得到第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、國家半導體照明工程研發(fā)及產業(yè)聯(lián)盟的指導。

會上，南京集芯光電技術研究院有限公司技術總監(jiān)雷建明做了題為“氮化鎵功率開關器件及其在超輕薄開關電源領域的應用研究”的主題報告，報告從器件、驅動、控制、拓撲電路等方面全方位提出解決方案，在實現(xiàn)超輕薄目標的基礎上，進一步提升產品的效率和工作可靠性。

 

數(shù)據(jù)顯示，2019年，開關電源年市場容量達1503億元，年平均增長率>6.5%，市場容量龐大、穩(wěn)定，前景廣闊。高效率、超輕薄、高度集成化、數(shù)字化是未來電源領域發(fā)展大趨勢。與“新基建” 接軌，適應未來標準。

 

 

GaN基電源最大的特點是將工作頻率提高數(shù)十倍，然而，工作頻率的提高會帶來更為嚴峻的噪聲處理問題。另一方面，GaN器件閾值電壓低、抗噪聲能力弱，且存在固有的物理缺陷。

GaN功率開關器件現(xiàn)狀來看，存在著動態(tài)可靠性、器件現(xiàn)有技術水平、系統(tǒng)制約、國產化等問題。

 

從關鍵器件角度來看，開關器件互補，Si基MOSFET及小信號器件、GaN HEMT/SiC MOSFET器件、SiC二極管。三類各有用武之地，合理選擇，能使性能和成本最優(yōu)化。

 

定制GaN HEMT器件，優(yōu)化反向導通特性，使反向損耗下降近60%，以10A為例，下降0.65W；

優(yōu)化擊穿特性，由傳統(tǒng)280V提升到650V，抑制俘獲效應。

定制GaN基模塊，利用3D布局減小尺寸50%以上，減小寄生參數(shù)，如雜散電感由傳統(tǒng)的數(shù)十nH減小至1nH左右。

變壓器工藝創(chuàng)新來看，創(chuàng)新微加工變壓器工藝使窗口利用率由傳統(tǒng)的20%不到提升到大于60%（線間距可由200umm下降至20um左右），提升帶寬至5MHz。

 

低頻濾波電解電容小型化，采用多級分擔的辦法可能使電解電容尺寸下降一個檔位。

 

從功率電路來看，自激電路采用GaN基開關器件可提升電源工作頻率至1MHz，擴展功率等級至50W以上。

 

工頻無橋整流電路，器件驅動同步取自市電輸入，控制簡易，無須芯片與第三方供電，EMI問題小，10A輸入時損耗可由34W下降至12W。

矩陣變壓器，減小單體承載功率，平衡單體的電壓、電流和溫度應力，降低高度30%以上。