車(chē)輛電氣化是減少道路交通溫室氣體排放計(jì)劃的關(guān)鍵部分。與傳統(tǒng)的硅替代品相比,寬帶隙半導(dǎo)體具有多種優(yōu)勢(shì),因此可以改進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)。在這個(gè)與 FTEX 的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官 Alexandre Cosneau 的討論中,我們將發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力總成技術(shù)和 GaN 的優(yōu)勢(shì)。Cosneau 正在尋找優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換的方法,從電池設(shè)計(jì)到電機(jī)效率,這對(duì) FTEX 技術(shù)和解決方案至關(guān)重要。
螺線管是機(jī)電致動(dòng)器,具有稱為柱塞的自由移動(dòng)磁芯。通常,螺線管由螺旋形線圈和鐵制成的動(dòng)鐵芯組成。 當(dāng)電流通過(guò)螺線管線圈時(shí),它會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)產(chǎn)生拉入柱塞的力。當(dāng)磁場(chǎng)產(chǎn)生足夠的力來(lái)拉動(dòng)柱塞時(shí),它會(huì)在螺線管內(nèi)移動(dòng),直到達(dá)到機(jī)械停止位置。當(dāng)柱塞已經(jīng)在螺線管內(nèi)時(shí),磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生力將柱塞固定到位。當(dāng)電流從螺線管線圈中移除時(shí),柱塞將在螺線管中安裝的彈簧推動(dòng)下返回其原始位置。
移動(dòng)電話和平板電腦等便攜式設(shè)備需要電源管理技術(shù)來(lái)滿足日益具有挑戰(zhàn)性的性能要求。消費(fèi)者正在以新的方式使用智能手機(jī):他們希望顯示高清 GPS 視頻和地圖;進(jìn)行雙向視頻通話;玩更吸引人的游戲;和流音樂(lè)。此類應(yīng)用的片上系統(tǒng) (SoC) 項(xiàng)目還必須符合嚴(yán)格的散熱目標(biāo),同時(shí)滿足長(zhǎng)電池壽命要求。
金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)是一種電壓控制器件,由源極、漏極、柵極和主體等端子構(gòu)成,用于放大或切換電路內(nèi)的電壓,也廣泛用于數(shù)字應(yīng)用的 IC。此外,也用于放大器和濾波器等模擬電路。MOSFET的設(shè)計(jì)主要是為了克服FET的缺點(diǎn),例如高漏極電阻、中等輸入阻抗和運(yùn)行緩慢。MOSFET有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。本文主要介紹耗盡型MOSFET,以及它的使用場(chǎng)景。
在大功率 CPU 的電源應(yīng)用中,我們?nèi)绾谓鉀Q負(fù)載瞬態(tài)調(diào)整的耗時(shí)問(wèn)題 在 DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器中,最具挑戰(zhàn)性的電源軌之一是 CPU。CPU 的電流瞬變具有非常高的電流階躍和高轉(zhuǎn)換率。CPU 電源軌還需要總和高達(dá)數(shù) mF(通常約為 4mF)的輸出電容器,這增加了解決方案的尺寸和成本。
沒(méi)有一些專門(mén)設(shè)備的情況下,測(cè)試和測(cè)量 IC 或電路在電源瞬態(tài)方面的性能是一項(xiàng)棘手的任務(wù)。輸入電壓源不僅需要以受控方式改變,而且還必須能夠提供足夠的電流來(lái)調(diào)節(jié)輸入電容并為被測(cè)電路供電。
該穩(wěn)壓器在其輸入 (C IN ) 和輸出 (C OUT )處使用電容器來(lái)增強(qiáng)其高頻響應(yīng)。您應(yīng)該仔細(xì)考慮電容器的電介質(zhì)、值和位置,因?yàn)樗鼈儠?huì)極大地影響穩(wěn)壓器特性。C OUT主導(dǎo)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng);C IN的重要性要小得多,只要它不低于穩(wěn)壓器的壓降點(diǎn)即可。
圖 8中的電路大大簡(jiǎn)化了先前電路的環(huán)路動(dòng)態(tài),并消除了所有交流微調(diào)。主要的權(quán)衡是速度減半。該電路類似于圖 6中的電路,不同之處在于 Q 1是雙極晶體管。雙極型大大降低的輸入電容允許 A 1驅(qū)動(dòng)更良性的負(fù)載。這種方法允許您使用具有較低輸出電流的放大器,并消除了適應(yīng)圖 6的 FET 柵極電容所需的動(dòng)態(tài)調(diào)整。唯一的調(diào)整是 1-mV 調(diào)整,您按照描述完成。
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、讀卡器、微處理器、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、壓電設(shè)備和數(shù)字系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生電壓調(diào)節(jié)器必須服務(wù)的瞬態(tài)負(fù)載。理想情況下,穩(wěn)壓器輸出在負(fù)載瞬態(tài)期間是不變的。然而,在實(shí)踐中,會(huì)發(fā)生一些變化,如果系統(tǒng)超出其允許的工作電壓容差,這種變化就會(huì)成為問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題要求測(cè)試穩(wěn)壓器及其相關(guān)的支持組件,以驗(yàn)證在瞬態(tài)負(fù)載條件下所需的性能。您可以使用各種方法來(lái)生成瞬態(tài)負(fù)載并允許觀察調(diào)節(jié)器響應(yīng)。
當(dāng)今電子設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)之一是降低能耗。電源管理是許多設(shè)備的重要設(shè)計(jì)考慮因素,尤其是那些依賴電池運(yùn)行的設(shè)備。因此,大多數(shù)系統(tǒng)使用各種電源管理操作模式。
當(dāng)今電子設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)之一是降低能耗。電源管理是許多設(shè)備的重要設(shè)計(jì)考慮因素,尤其是那些依賴電池運(yùn)行的設(shè)備。因此,大多數(shù)系統(tǒng)使用各種電源管理操作模式。
眾所周知,當(dāng) V GS 在增強(qiáng)模式下為正時(shí),N 型耗盡型 MOSFET 的行為類似于 N 型增強(qiáng)型 MOSFET;兩者之間的唯一區(qū)別是 V GS = 0V時(shí)的漏電流 I DSS量。增強(qiáng)型 MOSFET 在柵極未通電時(shí)不應(yīng)泄漏任何電流,因此當(dāng) V GS = 0V 時(shí) I DSS必須 為 0,但當(dāng) V GS = 0V 時(shí)允許 I DSS電流流過(guò)耗盡型 MOSFET 的傳導(dǎo)通道 。
傳統(tǒng)上,耗盡型 MOSFET 被歸類為線性器件,因?yàn)樵礃O和漏極之間的傳導(dǎo)通道無(wú)法被夾斷,因此不適合數(shù)字開(kāi)關(guān)。這種誤解的種子是由 Dawon Kahng 博士播下的,他在 1959 年發(fā)明了第一個(gè)耗盡型 MOSFET——只有三個(gè)端子當(dāng)柵極控制電壓在電源和地之間變化時(shí),柵極的三端耗盡型 MOSFET 的溝道。Dr. Kahng 的耗盡型 MOSFET 只能用作可變電阻或同相線性緩沖器。從那時(shí)起,耗盡型 MOSFET 一直被用作三端線性器件。
目前有幾個(gè) GaN 器件概念。那么你能告訴我哪些是主要的,從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看你的發(fā)展方向是什么? 所以我想說(shuō)有很多概念,遠(yuǎn)不止兩個(gè),但不知何故,我們可以談?wù)摌O端:所謂的Cascode GaN和所謂的增強(qiáng)模式GaN。由于我的第一家公司,級(jí)聯(lián) GaN 實(shí)際上是第一個(gè)誕生的。當(dāng)功率 GaN 研究的先驅(qū) International Rectifier 首次開(kāi)始開(kāi)發(fā)基于級(jí)聯(lián)的 GaN 解決方案時(shí),我就在那里。
氮化鎵提高了功率轉(zhuǎn)換級(jí)的效率。GaN 很有吸引力,因?yàn)樗裙杈哂懈叩哪苄А⒏〉某叽纭⒏p的重量和更便宜的總成本。在劍橋 GaN 器件業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)副總裁 Andrea Bricconi 的討論中,我們將分析這個(gè)寬帶隙生態(tài)系統(tǒng)的最新技術(shù),這些技術(shù)將推動(dòng)下一步的改進(jìn)。