科普文章：关于典型的GaN厂商梳理
发布日期：2019-07-02
氮化镓(GaN)是一种具有高电子迁移率的宽禁带半导体材料。在晶体管级，GaN比传统硅晶体管具有更高的电流、更快的开关速度和更小的物理尺寸。还可以使用增强模式GaN (e-GaN)和采用Cascode结构 FET GaN开关结构。
e-GaN开关是一种正常关闭的GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)，它的工作原理与普通MOSFET类似，但需要更多的注意门驱动电路的设计。e-GaN HEMTs就是专门为开关而设计的门驱动器。在Cascode结构中，Cascode耗尽模式GaN开关与硅MOSFET串联使用常开耗尽模式GaN HEMT。硅MOSFET控制开关中的氮化镓HEMT的开关，因此可以使用标准的MOSFET栅驱动器，并集成了GaN HEMT和相关的GaN门驱动电路的部件也可使用。
应用前景
随着越来越多的供应商向市场提供产品，GaN在电力应用中的应用显著增长。相对于硅，GaN具有更高的开关频率、更低的损耗和更小的物理尺寸。这意味着工程师在设计有限空间和高效率的电力电路时有更多的选择。从GaN中获益最多的应用程序是那些需要高效率或紧凑物理空间的应用程序。在服务器、电信、适配器/充电器、无线充电和D级音频等市场有着光明的情景。
厂商产品一览
EPC
自从2009年推出商用增强型GaN (eGaN?)晶体管以来，EPC现在提供了广泛的GaN FETs和集成GaN器件选择。场效应晶体管有单晶体管和阵列两种，单极晶体管Vdss额定值可达200 V，连续ID可达90a (TA = 25°C)。晶体管阵列有双共源、半桥和半桥+同步引导配置。此外，集成的GaN器件——EPC2112和EPC2115，EPC2112包含一个200伏GaN功率晶体管和一个2.9mmx1.1mm封装优化栅驱动器；EPC2115包含两个单片150伏GaN功率晶体管，每个晶体管都有一个优化的栅极驱动器，封装在一个2.9毫米x 1.1毫米的封装中。
由于GaN晶体管比硅晶体管小得多，故而EPC设备采用芯片级封装。这种组合使得更小的设备使用更少的PCB空间，让成本更低。更小的引脚和更卓越的性能使得GaN
无法设计更大的硅零件。EPC的FETs和ICs在评估版和展示板上访问快速启动指南，示意图，BOMs和Gerber文件。
英飞凌
英飞凌在硅(Si)、碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)技术中提供基于半导体的电力设备。在GaN技术方面，英飞凌开发了用于高压GaN开关的600v CoolGaN?增强模式(通常关闭)GaN电源晶体管和EiceDRIVER?单通道隔离栅驱动芯片。1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H EiceDRIVER?栅极驱动器IC与CoolGaN?power fts具有很强的互补性。GaN EiceDRIVER?系列的主要优点包括正栅和负栅驱动电流，在非相位时能将栅电压牢牢地保持在零，以及集成的电流隔离。
Navitas
集成电路是集成了GaN功率场效应晶体管、门驱动器和逻辑的单片GaN芯片。Navitas提供GaN电源集成解决方案，将完整的电路集成在一个模具中，在尺寸、开关速度、效率和易于集成方面具有显著的优势。NV6113、NV6115和NV6117是单开关设备，可用于buck、boost、半桥和全桥等拓扑。NVE031E是NV6115的电源演示板。
德州仪器公司
TI提供GaN驱动器和集成的GaN电源级设备。驱动程序为设计人员提供了选择GaN输出FET的灵活性，以满足特定要求。集成功率级器件可将寄生电感降至最低，从而提高开关性能，减少电路板空间。
TI的GaN驱动程序包括LMG1205、LMG1210、LMG1020和LM5113-Q1。LMG1205的设计是在同步降压、升压或半桥结构下驱动高侧和低侧增强模式GaN FETs。LMG1210具有与LMG1205相同功能，但提供了优越的开关性能、电阻可配置的死区时间以及用于更广泛VDD范围的内部LDO。LMG12xx评估板包括LMG1205HBEVM和LMG1210EVM-012。LMG1020是一个单一低侧驱动程序，用于在高速应用中驱动GaN和逻辑级MOSFET上。LM5113-Q1用于驱动高侧和低侧增强模式GaN FET或硅MOSFET同步降压、升压或半桥结构的汽车应用，并符合EC-Q100，它的评估版是LM5113LLPEVB。
TI的集成电源级设备包括LMG3411和LM5200。LMG3411集成了600伏GaN场效应管、驱动器和保护电路，它的评估板是lmg3411ev -029。LMG5200集成了两个80伏GaN场效应管，由一个高频驱动器驱动，采用半桥结构。
Transphorm
最后，Transphorm提供的GaN电源开关，其基础是一个正常关闭的低电压硅MOSFET和一个正常打开的高电压GaN HEMT[1]在Cascode结构。
Transphorm的GaN器件就像带有低电荷体二极管的超高速场效应晶体管。与传统硅相比，具有较短的恢复时间等优点。开关提供非常快的上升与上升时间<10 ns。可以用在650伏和900伏的设备上。
增强型GaN HEMT可在低、中压范围(高达200V)使用，很快就可以达到更高电压(600V)。然而，就当今的技术而言，由于面临闸极驱动设计挑战，所以必须平衡增强型元件的便利性、性能和稳定性，增强型GaN HEMT的临界值电压较低，而且可以完全导通的增强型VGS和绝对最大额定值的VGS通常只差1V。鉴于GaN HEMT的开关速度极快，促使从漏极耦合到闸极的C dv/dt造成闸极驱动电路很容易受到「闸极反弹」电压的影响。尽管如此，增强型GaN HEMT仍然具有诱人优势，并且将来的产品设计毫无疑问会越来越好。
[1] 基本的GaN构建模组就是高电子迁移率电晶体(HEMT)，它由一块基板上生长的各种GaN层构成。HEMT基本上是一种超高速、常开元件，像通过施加负闸偏压即可关闭的电阻。