使用GaN Power走在前沿

MasterGaN 是意法半导体推出的全新平台。它包括一个基于硅技术的半桥驱动器和两个 GaN 功率晶体管。在接受《电力电子新闻》采访时，意法半导体强调了这一新平台如何通过提供更轻的重量和 3 倍的充电时间，使系统体积缩小 80%。但最重要的是，它通过优化上市时间来简化设计过程。

MasterGaN 将硅与 GaN 相结合，以加速为高达 400W 的消费和工业应用开发下一代、紧凑且高效的电池充电器和电源适配器。通过使用 GaN 技术，新设备可以在优化效率的同时处理更多功率。ST Microelectronics 强调了将 GaN 与驱动器集成如何简化设计，并提高性能水平。

氮化镓市场

GaN 晶体管是当今存在的“最冷”组件之一。即使在高温和极端条件下，其低结电阻也可实现低温和低能量损失。这是这种材料广泛用于许多关键部门的主要原因之一，其中对高电流的需求是主要特权。

当前的 GaN 市场通常由分立功率晶体管和驱动 IC 提供服务，这些要求设计人员学习新的实现技术以实现最佳性能。ST 的 MasterGaN 方法旨在提供更快的上市时间，同时以更小的占用空间、简化的组装和更高的可靠性以更少的组件保持高效性能。ST Microelectronics 表示，凭借 GaN 技术和 ST 集成产品的优势，充电器和适配器可以将标准硅基解决方案的尺寸缩小 80%，重量减轻 70%。

在功率 GaN 晶体管中，温度对其起重要作用的组件有两个参数： 具有相关工作损耗的R DS（on）和具有相关开关损耗的跨导。保持低温的原因有很多：

防止在最恶劣的操作条件下发生热失控

总体上减少损失

提高系统性能和效率

提高系统功率密度

增加电路的可靠性

ST解决方案

ST 的 MasterGaN1 平台包含两个半桥 GaN 功率晶体管，具有集成的高侧和低侧硅驱动器。该平台使用 600V 半桥栅极驱动器和常关型高电子迁移率 GaN 晶体管 （HEMT）。

高电子迁移率允许 GaN 晶体管的开关时间约为硅 MOSFET 的四分之一。此外，对于给定的工作模式，开关损耗大约是硅晶体管的 10% 到 30%。因此，GaN 高电子迁移率晶体管 （HEMT） 可以以比硅 MOSFET、IGBT 高得多的频率驱动。GaN HEMT 需要添加极化网络，芯片供应商已将其集成到其设备中才能正常运行。

与基于硅的传统解决方案相比，在电源转换器等应用中使用氮化镓可实现显着改进：更高的功率效率、更小的尺寸、更轻的重量和更低的总体成本。

MasterGaN 中的内置功率 GaN 具有150 mΩ 的R DS （ON） 和 650 V 漏源击穿电压，而内置栅极驱动器的高端可以轻松地由内置自举二极管供电。

图 1：MasterGaN1 的框图

图 2：MasterGaN1 的开发板

MASTERGAN1 配备了防止在低效率或危险条件下发生故障的保护，并且互锁功能可防止交叉传导条件。逻辑输入兼容 3.3V 至 15V 的信号，因此可轻松连接微控制器和各种传感器。上下驱动部分均具有 UVLO 保护，防止电源开关在低效率或危险条件下运行，互锁功能避免了交叉导通条件。

这些器件系列将作为引脚兼容的半桥产品提供，使工程师能够以最少的硬件更改来扩展项目。利用 GaN 晶体管特有的低通电损耗和无体二极管恢复特性，这些产品在高端高效拓扑中提供了改进的整体性能，例如具有有源钳位、谐振、PFC 极无桥图腾和AC/DC 和 DC/DC 转换器中使用的其他软和硬开关拓扑。

EVALMASTERGAN1 板允许您评估 MASTERGAN1 的特性并快速创建新拓扑，而无需完整的 PCB 设计。该板在板上提供可编程死区时间发生器，带有单个 VCC 电源（6 V 型）。集成的 3.3 V 线性稳压器为微控制器或 FPGA 提供逻辑。该板提供定制机会，例如使用外部自举二极管、针对各种解决方案的独立电源以及针对峰值电流拓扑使用低侧分流电阻器。

审核编辑：郭婷