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宽禁带技术 – 下一代功率器件

2018-07-25

  行业标准的收紧和政府法规的改变是使产品能效更高的关键推动因素。例如,数据中心正在成倍增长以满足需求。它们使用的电力约占世界总电力供应(400千瓦时)的3%,占温室气体排放总量的2%。航空业的碳排放量也一样。随着对能源的巨大需求,各国政府正在采取更严格的标准和新的监管措施,以确保所有依赖能源的产品都需具有最高能效。

  同时,我们看到对更高功率密度和更小空间的要求。电动汽车正尽量减轻重量和提高能效,从而支持每次充电能续航更远的里程。车载充电器(OBC)和牵引逆变器现在正使用宽禁带(WBG)产品来实现这一目标。

  碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是宽禁带材料,提供下一代功率器件的基础。与硅相比,SiC和GaN需要高3倍的能量才能使电子开始在材料中自由移动。因而具有比硅更佳的特性和性能。

  一个主要优势是大大减少开关损耗。首先,这意味着器件运行更不易发热。这有益于整个系统,因为可减少散热器的大小(和成本)。其次是提高开关速度。设计人员现可远远超越硅MOSFET或IGBT的物理极限。这使得系统可减少无源器件,如变压器、电感和电容器。因此,WBG方案可提高系统能效,减小体积和器件成本,同时提高功率密度。

  碳化硅二极管广泛用于能效至关重要的各种PFC拓扑结构。而且更易于处理电磁干扰(EMI),因其极快的反向恢复速度。安森美半导体拥有完整的650 V和1200 V SiC二极管产品阵容,涵盖单相和多相应用的所有功率范围。同时,我们将于2018年晚些时候推出的1200 V MOSFET,将提供最高的性能及极佳的强固性和高可靠性。安森美半导体提供一种专利的终端结构,确保同类最佳的强固性和不会因湿度影响导致相关的故障。

  GaN现在越来越为市场所接受。这有过几次技术迭代,从“D-Mode”到Cascode,和现在最终的“E-Mode”(常关型)器件。GaN是一种超快的器件,需要重点关注PCB布板和优化门极驱动。我们现在看到设计人员了解如何使用GaN,并看到与硅相比的巨大优势。我们正与领先的工业和汽车伙伴合作,为下一代系统如服务器电源、旅行适配器和车载充电器提供最高的功率密度和能效。由于GaN是非常新的技术,安森美半导体将确保额外的筛检技术和针对GaN的测试,以提供市场上最高质量的产品。