1. 前言

云鎵半導(dǎo)體在工業(yè)級(jí)GaN產(chǎn)品上不斷耕耘，推出系列化GaN功率器件以及驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。在應(yīng)用DEMO上陸續(xù)展示了鈦金3000W服務(wù)器電源及600W微型逆變器。本文從器件參數(shù)、系統(tǒng)DEMO及驅(qū)動(dòng)器角度全方位解讀云鎵工業(yè)級(jí)GaN產(chǎn)品系列。

2. 云鎵工業(yè)級(jí) GaN 產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)勢(shì)

聚焦數(shù)據(jù)中心與再生能源等應(yīng)用，云鎵半導(dǎo)體陸續(xù)推出適合不同功率段的GaN器件，形態(tài)覆蓋DFN8*8、TOLL和TOLT等，更有 650V/150A 超大電流的 GaN 管芯。

通過(guò)器件設(shè)計(jì)與工藝平臺(tái)的共同優(yōu)化，將GaN關(guān)鍵性能參數(shù) Ron,max*Qg 以及 Ron,max*Qoss大幅優(yōu)化，很好解決了導(dǎo)通損耗與驅(qū)動(dòng)損耗、開(kāi)關(guān)損耗的trade-off問(wèn)題。同時(shí)基于更優(yōu)化的走線方案以及工藝升級(jí)，管芯面積較業(yè)界同行大幅縮減，在DFN8*8封裝里可以實(shí)現(xiàn)極低內(nèi)阻 50m?。

在器件參數(shù)上，以650V/30m?器件為例，云鎵半導(dǎo)體GaN產(chǎn)品在柵電荷Qg、輸出電荷Qoss、輸出電容存儲(chǔ)能量Eoss均領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)同行，與國(guó)際頭部廠商持平。在電源應(yīng)用中表現(xiàn)出更快的驅(qū)動(dòng)速度（更低的驅(qū)動(dòng)損耗）、更快的開(kāi)關(guān)速度（更低的開(kāi)關(guān)損耗）、更低的輸出電容損耗，從而實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)關(guān)頻率，更小的電源體積，更高的電源密度。單片集成的 ESD防護(hù)電路提供了2kV HBM 等級(jí)，確保 GaN 器件在 PCB 生產(chǎn)組裝環(huán)節(jié)更加安全可靠。詳細(xì)參數(shù)，可以訪問(wèn)云鎵官網(wǎng)獲取規(guī)格書(shū)。

3. 鈦金 3000W 服務(wù)器電源應(yīng)用

基于自研的650V/30m? CG65030TAD，云鎵實(shí)現(xiàn)3000W 服務(wù)器電源DEMO，實(shí)物圖如下。電源拓?fù)錇?a target="_blank">PFC + LLC（PFC 與 LLC 子板各 4 顆 30m? GaN）。在溫升與效率對(duì)比上，使用廠商Vendor-B 的同規(guī)格TOLL器件進(jìn)行測(cè)試對(duì)比。

如下為 PFC 側(cè) GaN 器件測(cè)試波形，PFC最高開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到將近 500kHz。

在與國(guó)內(nèi)廠商Vendor-B的溫升與效率對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，半載效率上，CG65030TAD相較于同規(guī)格友商的TOLL器件效率高0.5%，溫升較友商低~10攝氏度。

4. GaN專用驅(qū)動(dòng)器與DrGaN

E-mode GaN器件的驅(qū)動(dòng)電壓一般在5~7V，若采用傳統(tǒng) SiMOSFET驅(qū)動(dòng)器，需增加額外的R/C元件，造成一定的驅(qū)動(dòng)復(fù)雜度以及可靠度問(wèn)題，在消費(fèi)電子應(yīng)用尚可，在工業(yè)電源推廣風(fēng)險(xiǎn)極大。另一種解決方案——限制驅(qū)動(dòng)器的供電電壓在6V附近，又要額外引入穩(wěn)壓電路，給電源設(shè)計(jì)工作者造成諸多不便。

基于上述問(wèn)題，云鎵推出針對(duì)E-mode GaN的專用驅(qū)動(dòng)器CGC02201，其是一款針對(duì)GaN 的單通道Low-Side柵極驅(qū)動(dòng)器，拉電流能力強(qiáng)，峰值拉電流可達(dá)4A，適合Boost-PFC，Totem-pole PFC和LLC等電路拓?fù)洌缦聻榈湫蛻?yīng)用電路：

產(chǎn)品主要特點(diǎn)：

寬供電電壓范圍VCC

集成線性穩(wěn)壓器，供電電壓最高達(dá)18V，內(nèi)置穩(wěn)壓電路可提供穩(wěn)定的6V末級(jí)供電，確保GaN器件柵極能穩(wěn)定接受6V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

寬PWM輸入幅度

輸入PWM幅值最高達(dá)18V，兼容傳統(tǒng)硅基器件控制器，為電源設(shè)計(jì)提供極大便捷。

獨(dú)立的SGND與PGND設(shè)計(jì)

采用獨(dú)立的SGND和PGND設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)輸出和輸入間的信號(hào)隔離，提升系統(tǒng)可靠度。

獨(dú)立的柵極開(kāi)啟與關(guān)斷回路設(shè)計(jì)

采用獨(dú)立的OUT+ 和OUT- 設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立可調(diào)的開(kāi)啟和關(guān)斷速度。

靈活可調(diào)dV/dt

通過(guò)調(diào)整外接Rg大小，靈活調(diào)整turn-on slew rate，提供足夠的EMI調(diào)整空間。

產(chǎn)品組合上，云鎵推出DrGaN產(chǎn)品系列：“Dr+LS”單邊合封、“Dr+HB”半橋合封產(chǎn)品。