GaN HEMT为开关应用带来低噪声功率

氮化镓 （GaN） 高电子迁移率晶体管 （HEMT） 是场效应晶体管的一种形式，它在微波频率下工作时结合了高水平的性能和低噪声系数。

不过，HEMT 与其他类型的 FET 器件有些不同，它的性能优于标准结或 MOSFET。这些独特的器件在微波射频 （RF） 应用中表现出色。来自 n 型区域的电子穿过晶格，许多电子保持在异质结附近（异质结是指通过两个或多个半导体的接触耦合形成的界面区域）。这种只有一层厚的电子形成二维电子气体。

650V GaN HEMT 的开关能量 （E_sw） 是在硬开关条件下测量的。它可以与具有相同额定电流的 1,200 V 和 650 V SiC-MOSFET 进行比较。在这种情况下，GaN HEMT 器件的 E_sw 小于 1,200 V SiC MOSFET，而 1,200 V SiC MOSFET 又小于 650 V SiC MOSFET。

GaN 开关器件⁷ 支持高频和千瓦级功率转换。这些器件加上迁移率、击穿场和速度等材料特性，可实现高功率开关等应用，并具有远高于硅基功率器件的 100 倍性能优势（V_BR²/R_开启）。

GaN 器件将低损耗开关性能和高速完美结合，是能够在兆赫兹地区实现超高带宽的新兴开关电源。这些类型的电源可以提高整体效率，从而为射频基站功率放大器以及相控阵雷达的发射/接收 （T/R） 模块等应用提供快速瞬态响应。

通过使用 GaN 开关进行设计，例如使用超高带宽功率调节器，设计人员可以轻松实现直流偏置电压调制，甚至转换速率远高于 100 A/μs 的脉冲负载电流。

GaN：在电力电子领域大放异彩

详细了解 GaN 如何改变电力电子的格局，以及将其设计到电源中时应考虑的事项。

开关速度将能够达到 10 MHz，从而使系统功率密度高于 500 W/in。² 以及 10 kW/lb 的功率重量比。GaN HEMT 还可以达到高于 600 V 的阻断电压，非常适合高压开关作。此外，具有低导通电阻的大电流器件在硅和 SiC 衬底上采用了 GaN HEMT 技术，其最大电流远高于 30 A。

GaN FET 为实现高功率密度提供了最佳途径

GaN FET 的功率密度是硅晶体管的两倍，磁性元件可以小 6 倍，而且非常可靠。^8、9、10

例如，LLC 转换器是一种谐振逆变器，可用于电气设备和电源。^10,11 首字母缩略词“LLC”代表三个主要组件：两个电感器 （L） 和一个电容器 （C）。

LLC 以其调节电流和电压的有效性而闻名。其工作原理依赖于谐振电路，该电路可实现软开关作，同时降低开关损耗。GaN 卓越的开关特性将显著降低 LLC 应用的栅极驱动器损耗和关断损耗。1 MHz 频率会缩小磁性元件（见图）。

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LLC 转换器的工作取决于谐振电路，该电路可实现软开关作，同时降低开关损耗。GaN 卓越的开关特性将显著降低 LLC 应用的栅极驱动器损耗和关断损耗。1 MHz 频率会缩小磁性元件的尺寸。

LLC 转换器可以将线性网络（即谐振电路和变压器）与无源和有源开关相结合。LLC 谐振转换器与标准开关转换器完全不同，因为它能够通过为开关信号选择合适的频率来控制输出电压。

功率转换器的 DOSA 标准化

分布式电源开放标准联盟 （DOSA） 促进了电源转换器的 DC-DC 产品标准化和兼容性。^12,13 联盟的目标是在早期开发周期中建立客户接口标准;这包括引脚布局、外形尺寸、功能集、封装和其他能够允许替代采购的参数。

DOSA 涵盖广泛的电源转换器。它们包括非隔离式负载点 （POL）、隔离式应用和中间总线转换器。

2004 年，针对大电流四分之一砖的 DOSA 标准与竞争设计相比具有许多优势。该标准规定了添加的引脚的功能和位置——两个额外的电源引脚位于 0.15 英寸。（3.81 毫米）位于 2004 年四分之一砖电源引脚位置之外，并与 2004 年四分之一砖电源引脚位置保持一致。

此外，额外的 output pins 利用了其相邻 power pin的相反极性。从转换器到电路板再到转换器的整体环路电感降低了 10 倍。这增强了模块的瞬态响应性能，降低了输出纹波，并改善了引脚之间的负载电流平衡。

额外的输出引脚也降低了负载板的总功耗，从而提高了热性能，降低了拥有成本，并增强了可靠性。由于两个额外的输出引脚未位于现有引脚后面，因此减轻了返工和目视检查的负担。其余的 pins保持与当前四分之一砖标准相同的布局和功能，这简化了电路板布局，因此两种类型的模块都可以使用。

在过去十年中，1/8 DOSA 功率砖型 DC-DC 转换器的最大输出功率从 300 W 增加到 600 W，同时保持了 95% 至 97% 的峰值效率。

GaN 的高效率

GaN FET 以及集成栅极驱动器和 GaN 功率器件通常会导致最高效率的 GaN 解决方案。GaN 晶体管的开关速度比硅 MOSFET 快得多，同时带来更低的开关损耗。GaN 功率级将适用于广泛的应用，从电信、电机驱动器和服务器到笔记本电脑适配器和电动汽车的车载充电器。

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