Transphorm GaN 系統(tǒng)級(jí)電源轉(zhuǎn)換解決方案實(shí)現(xiàn)了新的性能

最近，我會(huì)見了 Transphorm 總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Primit Parikh。Parikh 強(qiáng)調(diào)，他們的 GaN on Silicon 解決方案是業(yè)內(nèi)唯一通過 JEDEC 認(rèn)證的產(chǎn)品。

延長壽命測試

他們對(duì) 600V 操作的延長壽命測試已實(shí)現(xiàn) > 10 7 小時(shí)的預(yù)測，并且仍在繼續(xù)。引用 JEDEC 文件 JESD47H0-01 的一段話：“……在 0.7 eV 的表觀活化能、125 攝氏度 的應(yīng)力溫度和 55 攝氏度 的使用溫度下，加速因子(Arrhenius 方程)為 78.6。這意味著 1000 小時(shí)的壓力持續(xù)時(shí)間相當(dāng)于 9 年的使用時(shí)間。”

活化能對(duì) 1000 小時(shí)應(yīng)力估計(jì)壽命的影響

壽命計(jì)算： t F =C*exp(E A /kT)?ln(T F )=C+(E A /k)(T -1 ) [E A =活化能]

600V GaN 高電子遷移率晶體管 (HEMT) 的擴(kuò)展高溫反向偏置 (HTRB) 測試。目標(biāo)是針對(duì) MTTF 測試 50% 的設(shè)備故障。測試到 8,000 小時(shí)，故障率約為 2%，即 <<50%，因此設(shè)計(jì)本質(zhì)上被認(rèn)為非常穩(wěn)健

擴(kuò)展高溫操作測試

這些器件在 175 攝氏度的硬開關(guān)升壓轉(zhuǎn)換器中運(yùn)行，GaN HEMT 3000hr 高溫工作壽命 (HTOL) 在 175 攝氏度 下完成而沒有退化，實(shí)際 在 175 攝氏度下運(yùn)行 3000 小時(shí)后沒有可測量的退化。額定電壓為 600V 的 GaN HEMT 的電壓加速測試，600V 工作壽命超過 10 7小時(shí)和 480V 工作壽命超過 10 8小時(shí)的保守模型預(yù)測

專利權(quán)與獲取策略

我一直對(duì)他們的 250 項(xiàng)綜合專利印象深刻，這些專利聲稱是競爭行業(yè)中最大的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。除了 600V JEDEC 認(rèn)證的 HEMT 之外，他們收購了 Fujitsu 在日本的 GaN 開發(fā)項(xiàng)目，為他們提供了 200V 增強(qiáng)模式 (e-mode) 技術(shù)。

無二極管 600V 半橋

他們的半橋評(píng)估板可以配置為降壓或升壓轉(zhuǎn)換器，以研究架構(gòu)的開關(guān)特性和效率能力。

電路中的電感器有助于在 100 kHz 下高效運(yùn)行。在降壓或升壓模式下，電路可以設(shè)置為同步整流。跳線提供單個(gè)邏輯輸入或單獨(dú)的高/低輸入的可用性選擇。高壓輸入和輸出可在高達(dá) 400V 的電壓下工作。此設(shè)計(jì)中沒有二極管壓降，并且在輕負(fù)載時(shí)效率很高。

一體式 GaN 電源

據(jù)稱，這種用于計(jì)算機(jī)的 GaN 緊湊型電源比基于硅的電源要小，并且根據(jù) Transphorm 的說法，它甚至已與最先進(jìn)的 iMac 電源進(jìn)行了基準(zhǔn)測試。GaN PFC+LLC 一體化電源與硅解決方案相比，電路板占位面積明顯縮小 45%。

GaN 設(shè)計(jì)可以在 200 kHz 的 PWM 下運(yùn)行，而硅解決方案的 PWM 則為 50 至 80 kHz。GaN 解決方案在滿負(fù)載時(shí)的效率比硅解決方案高 1.7%，在 3% 至 10% 負(fù)載時(shí)的效率高 3%。

圖騰柱PFC

Transphorm 顯示，GaN 在圖騰柱 PFC 設(shè)計(jì)中的性能優(yōu)于硅 MOSFET。它是真正的無橋 PFC，其損耗與負(fù)載成正比，并聲稱在 50 kHz 時(shí)具有 99% pk 的最高效率，并且尺寸比硅設(shè)計(jì)更小。

根據(jù) Transphorm 測試，GaN 圖騰柱 PFC 設(shè)計(jì)在各個(gè)方面都優(yōu)于硅。Transphorm 測試表明，GaN MOSFET 的 Q rr(體漏反向恢復(fù)電荷)優(yōu)于硅，具有 LLC DC/DC 轉(zhuǎn)換器的組合圖騰柱 PFC。GaN 達(dá)到 97.5% 的效率，而最好的硅可以做到 96.5%。由于可以消除二極管，GaN 在較低功率下具有更高的效率。新的 PQFN 封裝可最大限度地減少 EMI 和振鈴。

在 APEC 上，Transphorm 推出了符合 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)的新 PQFN 封裝。新的 PQFN 封裝通過最大限度地減少封裝寄生效應(yīng)來最大限度地減少 EMI 和振鈴。此封裝中提供的一些器件是 GaN 功率、低損耗開關(guān)(TPH3002 和 TPH3006)

應(yīng)用

應(yīng)用為 10 kW 及以下，尤其是在 PV 逆變器中。一位日本客戶 Yaskawa Electric 正在將 Transphorm 的 GaN 模塊解決方案用于 5 KW 無風(fēng)扇光伏逆變器，其運(yùn)行效率為 98.2%。客戶還可以在光伏逆變器中使用他們的分立 TO-220 解決方案。

該公司的一體化 250W 電源和 99% 圖騰柱 PFC 設(shè)計(jì)在客戶需要更高效率和小尺寸的地方也很暢銷。