迎接氮化镓的新浪潮

ST(意法半导体)推出了MasterGaN平台，该平台集成了基于硅技术的半桥驱动器和一对氮化镓功率晶体管。ST在接受EE-Times采访时强调了这个新平台如何通过提供更轻的方案，3倍充电时间以及80%的系统体积缩小。但最重要的是，它简化了设计，从而优化了上市时间。

MasterGaN将硅与GaN相结合，以加速下一代紧凑高效的电池充电器和电源适配器的开发，适用于高达400W的消费和工业应用。通过使用GaN技术，新设备可以在优化效率的同时处理更多的功率。ST强调了GaN与驱动器的集成如何简化设计，并具有更高的性能水平。

GaN市场前景

GaN晶体管是当今“最Cool”的元件之一。它的具有高的断态击穿强度以及导通状态下的优异沟道导电性，使器件效率更高并且温升更小，即便在高温和极端条件下。这就是为什么这种材料在许多关键部门得到广泛应用的主要原因之一，在这些部门，对大电流是主要需求。

目前的GaN市场通常由分立功率晶体管和驱动集成电路组成，这需要设计者学习新的实现技术以获得最佳性能。ST的MasterGaN方法旨在提供更快的上市时间，同时在更小的面积内保持高效的性能，同时简化组装复杂度，并用更少的组件提高系统可靠性。ST表示，利用GaN技术和集成产品，充电器和适配器相比标准硅基解决方案，减少80%的尺寸和70%的重量。

在功率GaN晶体管中，温度起重要作用的元件有两个参数：工作损耗的RDSon和与之相关的开关损耗的跨导。保持小温升有很多好处，具体如下：

在最恶劣的运行条件下防止热失控

总体上减少散热开销

提高系统性能和效率

增加系统功率密度

提高电路的可靠性

ST的解决方案

ST的MasterGaN1平台，包含两个半桥GaN功率晶体管，集成了高边和低边硅驱动器。该平台使用600V半桥门驱动器和常关型GaN晶体管(HEMT)。

高电子迁移率允许GaN晶体管仅为硅MOSFET开关的1/4。此外，在给定的工作模式下，开关损耗大约是硅晶体管的10%到30%。因此，GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)的驱动频率比硅MOSFET、IGBT高得多。由于GaN-HEMTs具有极化效应，所以需要增加极化网络，芯片供应商已将其集成到器件中。

与基于硅的传统解决方案相比，氮化镓在功率转换器等应用中实现了显著的改进：更高的功率效率、更小的尺寸、更轻的重量和更低的总体成本。

MasterGaN的内置功率Gan具有150MΩ的RDSon和650V击穿电压，内置栅极驱动器的高压侧可以很容易地由内置的自举二极管供电。

图1:MasterGaN1的框图。

图2:MasterGaN1的开发板。

MASTERGAN1逻辑输入与3.3V到15V的信号兼容，因此提供了与微控制器和各种传感器的简单接口。上下驱动器均设有UVLO保护，防止电源开关在低效或危险条件下工作，联锁功能可避免交叉传导情况。

这些器件将以引脚兼容的半桥产品形式提供，允许工程师以最小的硬件更换来扩展。利用GaN晶体管的低导通损耗和二极管恢复特性，该产品在高端高效拓扑中提供了更高的整体性能，如有源箝位反激或正激，谐振，PFC极无桥图腾和其他软、硬开关拓扑，用于AC/DC和DC/DC变换器。

EVAL MASTERGAN1评估板允许评估MASTERGAN1的特性并快速创建新拓扑，而无需进行完整的PCB设计。板上提供了一个可编程的死区时间发生器，带有一个VCC电源(6 V型)。集成3.3V线性电压调节器为微控制器或FPGA提供逻辑。该电路板同时提供定制化功能，如使用外部自举二极管，各种解决方案的独立电源，以及峰值电流拓扑使用低侧并联电阻。