GaN 助力电源的效率和小型化

随着硅基 MOSFET 和功率器件接近其物理极限，功率工程师已开始转向氮化镓 （GaN） 以提高性能并减小整体解决方案尺寸。为了实现更小的外形尺寸和更高的效率，越来越多的电源设计人员正在使用基于 GaN 的晶体管而不是基于硅的器件。作为一种宽带隙材料，氮化镓具有比硅更优越的特性：它可以在更高的频率下运行、耗散更少的功率、更有效地导热并提供更好的热管理。

SiC 和 GaN器件具有比 Si 高得多的临界击穿电压，从而允许更薄的漂移层和更高的掺杂浓度。对于给定的芯片面积和额定电压，这会导致较低的导通电阻，从而通过减少功率损耗提供更高的效率。此外，碳化硅的热导率是硅的三倍以上，因此可以在相同的温升下使用更小的芯片。SiC 和 GaN 还通过具有更高的最大工作温度和限制应力来提供比 Si 更高的效率。

在 SMPS 电源中，高开关频率是一个主要优势，因为它可以减小磁性元件和其他组件的尺寸，实现更高的小型化和成本节约。然而，开关损耗与频率呈线性相关。这就是为什么 Si-MOSFET 以数百赫兹的频率进行开关会产生不可忽视的能量损失的原因。另一方面，氮化镓具有更高的电子饱和速度和更低的电容，提供更高的开关速率和更低的功率损耗。

通过采用基于 GaN 的开关功率晶体管，下一代电源应用可以在更高的电压和开关频率下运行，与传统的基于硅的解决方案相比，可显着提高性能并减少损耗、占地面积和重量。这些稳健性的固有特性使 GaN 成为在不断发展的应用中大规模采用的理想材料，例如汽车、工业、电信和消费电子市场的其他特定应用，包括 100 V 集群和 650 V 集群。

来源：Ehunt