全球首款！英飞凌推出集成SBD的GaN FET产品

电子发烧友网综合报道 近日英飞凌推出全球首款集成SBD（肖特基二极管）的工业用GaN晶体管产品系列CoolGaN G5，该产品系列通过减少不必要的死区损耗提高功率系统的性能，进一步提升整体系统效率。此外，该集成解决方案还简化了功率级设计，降低了用料成本。

图源：英飞凌

在功率晶体管中集成SBD的做法，此前在SiC MOSFET中，业界有不少的研究。三菱在2013年提出了集成SBD的SiC MOSFET相关专利，并在2023年推出采用这种新型器件的SiC功率模块。

为什么要将SBD集成到SiC MOSFET？MOSFET结构中源极（Source）与漏极（Drain）之间的PN结会自然形成体二极管，作为MOSFET结构的副产物，通过合理设计可以为MOSFET提供保护，提高可靠性。但体二极管的反向恢复特性较差，以及体二极管的长时间导通引起的可靠性问题，在实际应用中往往会在外部反向并联SBD作为续流通道。

但为了提高集成度，以及避免引入更多寄生电容电感，所以将SBD集成到SiC MOSFET中成为一个方向。

图源：英飞凌

那么对于GaN FET而言，英飞凌介绍，在硬开关应用中，由于GaN器件的有效体二极管电压（VSD）较大，基于GaN的拓扑结构可能产生较高的功率损耗。如果控制器的死区时间较长，那么这种情况就会更加严重，导致效率低于目标值。目前功率器件设计工程师通常需要将外部肖特基二极管与GaN晶体管并联，或者通过控制器缩短死区时间。然而，无论哪种方法都需耗费额外的精力、时间和成本。

因此将SBD集成到GaN 晶体管中就能显著解决这些问题。由于缺乏体二极管，GaN晶体管的反向传导电压（VRC）取决于阈值电压（VTH）和关断态下的栅极偏置偏压（VGS）。此外，GaN晶体管的VTH 通常高于硅二极管的导通电压，这就导致了反向传导工作（也称为第三象限）期间的劣势。因此，采用这种新型CoolGaN晶体管后，反向传导损耗降低，能与更多高边栅极驱动器兼容，且由于死区时间放宽，控制器的兼容性变得更广，显著简化设计。

据英飞凌介绍，首款集成SBD的GaN FET是一款100V 1.5mΩ，E-Mode常闭型，采用3 x 5 mm PQFN封装的产品，适用于数据中心IBC、电机驱动、DC-DC、充电器等应用。

随着功率电子系统的高效化、小型化与智能化趋势，功率器件的集成化正在进一步加速落地。三菱在去年已经向市场推出了3kV SBD嵌入式SiC MOSFET模块，而英飞凌集成SBD的GaN晶体管，目前也开始提供工程样品，相信未来将会继续出现更多新型的器件。