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與傳統(tǒng)的硅功率半導(dǎo)體相比，GaN和 SiC(碳化硅)具有更高的電壓能力、更快的開(kāi)關(guān)速度、更高的工作溫度、更低的導(dǎo)電阻、功耗小、能效高等優(yōu)異性能 , 是近年來(lái)新興的半導(dǎo)體材料。但它們也有不同的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，GaN開(kāi)關(guān)速度比 SiC 快，SiC 工作電壓比 GaN 更高。GaN寄生參數(shù)極小，開(kāi)關(guān)速度極高，更適合電動(dòng)汽車(chē)等高頻應(yīng)用 DC-DC（直流 - 直流)轉(zhuǎn)換電路，OBC(車(chē)載充電)、低功率開(kāi)關(guān)電源、蜂窩基站功率放大器、雷達(dá)、衛(wèi)星發(fā)射器、通用射頻放大器等。SiCMOSFET（金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的高壓高電流能力和驅(qū)動(dòng)特性，使其適用于列車(chē)逆變器系統(tǒng)、工業(yè)電源、太陽(yáng)能逆變器、 UPS(不間斷電源)高性能開(kāi)關(guān)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(dǎo)體技術(shù)總括部技術(shù)規(guī)劃部 高級(jí)經(jīng)理

東芝作為 SiC 和 GaN 早期產(chǎn)品研發(fā)者之一，有自己獨(dú)特的 SiC 和 GaN 產(chǎn)品技術(shù)。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(gè)新模塊在安裝方法中應(yīng)用廣泛 IGBT 模塊、低損耗特性滿(mǎn)足工業(yè)設(shè)備提高效率、降低尺寸的需要，適用于逆變器和轉(zhuǎn)換器、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、電機(jī)控制設(shè)備、高頻 DC-DC 轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用場(chǎng)景。在 GaN方面，今年 1 月 31 日東芝發(fā)布了第一個(gè)集成在半橋的日東芝（HB）分流模塊MOS電流傳感器。當(dāng)用于氮化鎵時(shí)（GaN）傳感器設(shè)備和其他設(shè)備時(shí)，傳感器可以使電力電子系統(tǒng)具有較高的電流監(jiān)測(cè)精度，但不會(huì)增加功率損耗，并有助于減少此類(lèi)系統(tǒng)和電子設(shè)備的尺寸。

碳中和需要更高效的電子設(shè)備，特別是小型系統(tǒng)。然而，由于電感器兩側(cè)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(cè)可以降低功耗（減少熱量）和精度。雖然今天的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度電流傳感器，但它不能減少損失。東芝新技術(shù)采用級(jí)聯(lián)共源共柵，低壓 MOSFET 與 GaN 電流傳感采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管連接，因此無(wú)需使用分流電阻，避免其功耗。此外，還可以保證電路優(yōu)化和尖端校準(zhǔn)技術(shù) 10 MHz 上述帶寬可提高產(chǎn)品性能和測(cè)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(kāi)關(guān)頻率，而且有助于電子設(shè)備的小型化。

另外，就 GaN 就設(shè)備技術(shù)而言，東芝的新型 GaN 共源共柵器件與傳統(tǒng)的共源共柵器件有很大的不同，因?yàn)楣苍垂矕判鸵蕾?lài)硅 MOSFET 來(lái)驅(qū)動(dòng) GaN HEMT，因此，通常很難通過(guò)外部柵極電阻控制開(kāi)關(guān)速度。然而，東芝通過(guò)推出直接?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題 IC 可直接驅(qū)動(dòng) GaN HEMT，改變開(kāi)關(guān)速度，就像硅功率器件一樣，有助于簡(jiǎn)化功率電子系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。這種新型共源共柵器件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于GaN HEMT 格柵極是獨(dú)立控制的，因此新設(shè)備不會(huì)因外部電壓波動(dòng)而引起硅MOSFET電壓變化導(dǎo)致誤導(dǎo)，有助于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。所以該新器Microsemi代理該部件具有電源應(yīng)用所需的可靠性。本產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可有效降低開(kāi)關(guān)誤導(dǎo)造成額外能量損失的風(fēng)險(xiǎn)，輕松調(diào)整開(kāi)關(guān)速度，是電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素。

(注:本文自轉(zhuǎn)載《IC2022年7月，代理商