面向汽车的GaN FET和SiGe整流器

Nexperia 的新系列GaN FET 解决方案在 TO-247 和专有的 CCPAK 表面贴装封装中采用下一代高压 GaN HEMT H2 技术，主要面向汽车、5G 和数据中心应用。Nexperia 还发布了具有 120-V、150-V 和 200-V 反向电压的硅锗 (SiGe) 整流器新解决方案，这些解决方案结合了肖特基同类产品的高效率和快速恢复二极管的热稳定性。

新器件在通态电阻方面提供卓越的性能，并通过级联配置简化设计，无需驱动器和控件。

Nexperia 总经理 Michael LeGoff 表示：“我们发现机架式电源对电信服务器的吸引力。“即使在 5G 数据中，数据场也需要越来越高的效率，当然在所有输出范围内的效率都超过 90%，这使您进入钛级。这就是我们发现对我们的产品组合的需求量更大的地方。”

汽车制造商和其他系统的设计人员正在更高的温度下运行，并且越来越多地追求更高的效率——无论是出于小型化、性能、监管还是其他原因。针对汽车、通信基础设施和服务器市场，新型 1 至 3A SiGe 整流器在 LED 照明、发动机控制单元或燃料喷射等高温应用中特别有利。

Nexperia 产品经理 Jan Fischer 表示：“在理想情况下，设计人员会使用肖特基二极管，因为它们非常高效，正向电压低，而且开关速度非常快。” “他们唯一的问题是，首先，他们不适合这么高的电压。因此，对于大约 150 或 200 V 的电压，它们并不容易找到，因为它们变得非常低效，而且它们的热稳定性也不太稳定。

“当你在非常高的温度下操作它们时，它们往往会进入一种称为热失控的效应，”他补充道。“这就是为什么对于泄漏电流非常敏感的高温应用，我们的客户经常使用 PN 整流器的原因，但反过来，它们效率不高，因为它们具有非常高的正向电压和高传导损失。我们相信硅锗整流器可以兼具两全其美，因为它们提供像肖特基二极管一样的低 Vf 和 PN 整流器的热稳定性。”

氮化镓解决方案

GaN 晶体管比硅 MOSFET 更快、更小。GaN 的性能表明效率和性能得到了显着提高，从而带来了一些硅技术无法实现的新应用。

新的 GaN 技术使用外延通孔，将缺陷和模具尺寸减少了大约 24%。[R DS（ON）也减少到只有41毫欧（最大，35毫欧（典型值），在25℃）与在传统的TO-247初始版本。对于 CCPAK 表面贴装版本，降低将进一步增加，最高可达 39 mΩ（在 25°C 时最大为 33 mΩ，典型值）。由于这些部件被配置为级联器件，因此它们也很容易使用标准硅 MOSFET 驱动器进行驱动。CCPAK 表面贴装版本 GAN039 将符合 AEC-Q101 的汽车应用标准。

“它还使我们能够提高RDS(on)水平，但仍使用相同的共源共栅配置，”LaGoff 说。“我们看到动态特性提高了约 15%。将采用这一工艺已获批准的下一代技术发布的两款产品采用 TO-247 封装，可为您提供约 41 mΩ 的RDS(on)，我们也将发布相同的产品芯片采用我们的 CCPAK 表面贴装封装，有顶部和底部冷却选项。CCPAK 将成为我们认为的行业领先的表面贴装设备。”

CCPAK 表面贴装采用创新和成熟的铜夹封装技术来代替内部连接线。这减少了寄生损耗，优化了电气和热性能，并提高了可靠性：与引线键合解决方案相比，寄生电感降低了 3 倍，从而降低了开关损耗和 EMI，以及更高的可靠性。

CCPAK GaN FET 提供顶部或底部冷却配置。

图 1：Nexperia 的解决方案

硅锗解决方案

SiGe 整流器将肖特基整流器的效率与快速恢复二极管的热稳定性相结合，使工程师能够优化他们的 100 至 200V 电源设计。对于许多电路设计而言，主要挑战是每个空间集成更多功能、最高效率设计和系统小型化。SiGe 整流器是一种理想的解决方案，具有高效率、易于热设计和小尺寸等优点。

这些器件适用于汽车行业、服务器市场和通信基础设施中的应用，可在高达 175°C 的温度下安全运行。SiGe 具有比硅更小的频带、更快的开关频率和更大的电子迁移率，从而提供改进的高频开关行为。Nexperia 开发了多项工艺专利，可满足看似相互冲突的高效和高温操作需求（图 2和图3）。

图 2：Nexperia 新型 SiGe 整流器的内部结构简化图

图 3：肖特基和 SiGe 整流器的漏电流与外壳温度的关系。当泄漏电流的增加变得超指数时，就会发生热失控。

为了进一步提高性能，Nexperia 提供的解决方案采用 FlatPower (CFP) 两引脚夹式封装（CFP3 和 CFP5），从而提供出色的散热性能。它还允许引脚对引脚的兼容性以及肖特基整流器和快速恢复整流器的直接替代品。

SiGe 器件具有低漏电流（约 1 nA）和更低的传导损耗，从而提高了各种应用的效率。Fischer 说：“粗略估计，在热稳定性与最佳快速恢复二极管相同的情况下，您可以预期效率提高 5% 到 10%。”

所有设备均通过了 AEC-Q101 汽车使用认证——按照多家汽车制造商的要求，终生通过 2 次 AEC-Q101 测试。其他重要应用包括 LED 照明和通信基础设施。

审核编辑：郭婷