ST(意法半導體)推出了MasterGaN平臺，該平臺集成了基于硅技術的半橋驅(qū)動器和一對氮化鎵功率晶體管。ST在接受EE-Times采訪時強調(diào)了這個新平臺如何通過提供更輕的方案，3倍充電時間以及80%的系統(tǒng)體積縮小。但最重要的是，它簡化了設計，從而優(yōu)化了上市時間。

MasterGaN將硅與GaN相結(jié)合，以加速下一代緊湊高效的電池充電器和電源適配器的開發(fā)，適用于高達400W的消費和工業(yè)應用。通過使用GaN技術，新設備可以在優(yōu)化效率的同時處理更多的功率。ST強調(diào)了GaN與驅(qū)動器的集成如何簡化設計，并具有更高的性能水平。

GaN市場前景

GaN晶體管是當今“最Cool”的元件之一。它的具有高的斷態(tài)擊穿強度以及導通狀態(tài)下的優(yōu)異溝道導電性，使器件效率更高并且溫升更小，即便在高溫和極端條件下。這就是為什么這種材料在許多關鍵部門得到廣泛應用的主要原因之一，在這些部門，對大電流是主要需求。

目前的GaN市場通常由分立功率晶體管和驅(qū)動集成電路組成，這需要設計者學習新的實現(xiàn)技術以獲得最佳性能。ST的MasterGaN方法旨在提供更快的上市時間，同時在更小的面積內(nèi)保持高效的性能，同時簡化組裝復雜度，并用更少的組件提高系統(tǒng)可靠性。ST表示，利用GaN技術和集成產(chǎn)品，充電器和適配器相比標準硅基解決方案，減少80%的尺寸和70%的重量。

在功率GaN晶體管中，溫度起重要作用的元件有兩個參數(shù)：工作損耗的RDSon和與之相關的開關損耗的跨導。保持小溫升有很多好處，具體如下：

在最惡劣的運行條件下防止熱失控

總體上減少散熱開銷

提高系統(tǒng)性能和效率

增加系統(tǒng)功率密度

提高電路的可靠性

ST的解決方案

ST的MasterGaN1平臺，包含兩個半橋GaN功率晶體管，集成了高邊和低邊硅驅(qū)動器。該平臺使用600V半橋門驅(qū)動器和常關型GaN晶體管(HEMT)。

高電子遷移率允許GaN晶體管僅為硅MOSFET開關的1/4。此外，在給定的工作模式下，開關損耗大約是硅晶體管的10%到30%。因此，GaN高電子遷移率晶體管(HEMTs)的驅(qū)動頻率比硅MOSFET、IGBT高得多。由于GaN-HEMTs具有極化效應，所以需要增加極化網(wǎng)絡，芯片供應商已將其集成到器件中。

與基于硅的傳統(tǒng)解決方案相比，氮化鎵在功率轉(zhuǎn)換器等應用中實現(xiàn)了顯著的改進：更高的功率效率、更小的尺寸、更輕的重量和更低的總體成本。

MasterGaN的內(nèi)置功率Gan具有150MΩ的RDSon和650V擊穿電壓，內(nèi)置柵極驅(qū)動器的高壓側(cè)可以很容易地由內(nèi)置的自舉二極管供電。

圖1:MasterGaN1的框圖。

圖2:MasterGaN1的開發(fā)板。

MASTERGAN1邏輯輸入與3.3V到15V的信號兼容，因此提供了與微控制器和各種傳感器的簡單接口。上下驅(qū)動器均設有UVLO保護，防止電源開關在低效或危險條件下工作，聯(lián)鎖功能可避免交叉?zhèn)鲗闆r。

這些器件將以引腳兼容的半橋產(chǎn)品形式提供，允許工程師以最小的硬件更換來擴展。利用GaN晶體管的低導通損耗和二極管恢復特性，該產(chǎn)品在高端高效拓撲中提供了更高的整體性能，如有源箝位反激或正激，諧振，PFC極無橋圖騰和其他軟、硬開關拓撲，用于AC/DC和DC/DC變換器。

EVAL MASTERGAN1評估板允許評估MASTERGAN1的特性并快速創(chuàng)建新拓撲，而無需進行完整的PCB設計。板上提供了一個可編程的死區(qū)時間發(fā)生器，帶有一個VCC電源(6 V型)。集成3.3V線性電壓調(diào)節(jié)器為微控制器或FPGA提供邏輯。該電路板同時提供定制化功能，如使用外部自舉二極管，各種解決方案的獨立電源，以及峰值電流拓撲使用低側(cè)并聯(lián)電阻。