大比特商务网 |资讯中心 |技术论坛 |解决方案 登录 注册 |数字刊 |招聘/求职
广告
广告
您的位置: 半导体器件应用网 >>业界访谈 >> 英飞凌CoolGaN解决氮化镓功率器件可靠性、成本等挑战

英飞凌CoolGaN解决氮化镓功率器件可靠性、成本等挑战

2018-12-04 18:40:28 来源:半导体器件应用网 作者:张文灵

【大比特导读】CoolGaN™是打开高效能源之门的钥匙。因为他在更高电压运行,具有更高频率的开关、更薄的主动层、功率密度扩散、散热能力提升,因此可实现提升效率、更稳定可靠、更高功率密度、减小系统尺寸、简化控制、降低系统成本等好处。

氮化镓和碳化硅能够在高压和高开关频率条件下实现高电源效率,前景备受看好,而氮化镓比碳化硅更具成本优势,因此未来会被快速应用。然而对于氮化镓功率器件来说,最重要的挑战是可靠性、成本以及驱动等问题,最近英飞凌推出了CoolGaN™ 600V增强型HEMT和氮化镓开关管专用驱动IC来解决相关问题。

近日,在接受《半导体器件应用》杂志记者采访时,英飞凌大中华区副总裁、电源管理及多元化市场事业部负责人潘大伟表示,CoolGaN™是打开高效能源之门的钥匙。因为他在更高电压运行,具有更高频率的开关、更薄的主动层、功率密度扩散、散热能力提升等特点,因此可实现提升效率、更稳定可靠、更高功率密度、减小系统尺寸、简化控制、降低系统成本等好处。

英飞凌大中华区副总裁、电源管理及多元化市场事业部负责人潘大伟

而据英飞凌电源管理及多元化市场事业部高压 GaN 高级产品营销经理邓巍博士介绍, CoolGaN的优值系数(FOM)在当前市场上的所有600 V器件中首屈一指,而且开关的栅极电荷极低,且具有极少输出电容,可在反向导通状态下提供优异的动态性能,进而大幅提高工作频率,从而通过缩小被动元器件的总体尺寸,提高功率密度。同时,CoolGaN在功率因数校正(PFC)变流器里具有超高的能效(2.5 kW PFC能效 > 99.3%),相同能效下的功率密度可达到160 W / in3(3.6 kW LLC能效 > 98%)。另外,在谐振拓扑中,CoolGaN线性输出电容可将死区时间缩短至八分之一到十分之一。

可靠性业界领先

对于氮化镓功率器件而言,可靠性问题是最重要的挑战。对此,英飞凌表示:“我们的氮化镓HEMT专为量产而设计、开发和发布。质量永远是我们永远需要保证的第一因素,我们的目标是在整个生命周期实现小于1FIT。放眼市场,CoolGaN拥有行业领先的可靠性。在质量控制过程中,我们不仅对器件本身进行全面测试,而且对其在应用环境中的性能进行全面测试。这确保了CoolGaN开关满足甚至优于最高质量标准。

而这得益于CoolGaN采用可靠的常闭概念,据介绍这种架构只有松下和英飞凌独有。

据邓魏博士透露,氮化镓器件作为一个常开型器件很难被客户所应用和接受。因为用户对硅器件或其他器件的常关型理念非常熟悉而且形成了习惯。为了解决这一问题,并且使氮化镓器件达到最长的使用寿命,英飞凌的CoolGaN 600V增强型HEMT采用采用了业界独一无二的常闭式概念解决方案。

英飞凌电源管理及多元化市场事业部高压 GaN 高级产品营销经理邓巍博士

据其介绍,氮化镓作为第三代半导体器件,如果不在栅极做任何的电压动作的话,它中间有一个二维电子器的层,中间会有电子流动。而英飞凌栅极加了P型氮化镓,将氮化镓做成了常关型器件。

而另一方面,动态RDS(ON)是氮化镓比较棘手的问题,邓魏表示英飞凌可以解决这个问题。解决问题的关键在于P型氮化镓漏极接触,从而避免电流崩溃。由于电子在开关的时候被漏级的电子陷在里面不流通,这样会造成有影响。而把P型氮化镓引入之后,就可以把表面的电子中和掉,这样可以从根本上解决问题。

氮化镓常关型器件

另外,据介绍,英飞凌氮化镓产品的等效电路的栅极是一个阻性的栅极,有一个二极管进行自钳断式阻性栅极:阻性栅极内部将VGS钳位到安全范围。高栅极电流可实现快速导通,因此是一个稳健的栅极驱动拓扑。

邓魏还表示,竞争对手用的可靠性模型往往是非常激进的,展示的往往是最好的案例,尤其没有解决RDS(ON)的问题,这会导致在使用中寿命有所降低。而英飞凌永远展示比较保守的模型,英飞凌的产品的使用寿命大于10年,数据参数等会考虑很多的余量。“我们动态的RDS(on)为0的,有更稳健的栅极理念,我们有专门的资质认证方法,所以,英飞凌的氮化镓是业内最可靠的产品。”

专用驱动更可靠高效

除了可靠性问题之外,由于氮化镓的开关频率非常快,因此驱动IC 很难匹配,因此氮化镓器件供应商都要提供定制化驱动IC,英飞凌也不例外。

邓魏表示,氮化镓功率器件的驱动要考虑一些特殊性。首先氮化镓一定要有一个稳态的导冲电流来保持它的开通,然后需要负脉冲来关断。而负电流也需要有一个负电压把它关断,所以稳态的导冲电流加上负电压的关断,这会对电源驱动设计造成极大挑战,而并不是所有的客户都有很好的研发能力来驱动氮化镓,如果驱动不好,它的优势就不能最大化。“我们深刻体会到客户的需求,所以我们自主研发了氮化镓的三款不同的驱动器。”

据介绍,英飞凌氮化镓开关管驱动芯片EiceDRIVER IC——1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H——是CoolGaN增强型HEMT的完美搭档。它们经专门研发,以确保CoolGaN开关实现强健且高效的运行,同时最大限度地减少工程师研发工作量,加快将产品推向市场。

不同于传统功率MOSFET的栅极驱动IC,这个针对英飞凌CoolGaN量身定制的栅极驱动IC可提供负输出电压,以快速关断氮化镓开关。在开关应处于关闭状态的整个持续时间内,GaN EiceDRIVER IC可以使栅极电压稳定保持为零。这可保护氮化镓开关不受噪音导致误接通的影响,哪怕是首脉冲,这对于SMPS实现强健运行至关重要。而这些氮化镓栅极驱动IC可实现恒定的GaN HEMT开关转换速率,几乎不受工作循环或开关速度影响。这可确保运行稳健性和很高能效,大大缩短研发周期。它集成了电隔离,可在硬开关和软开关应用中实现强健运行。它还可在SMPS一次侧和二次侧之间提供保护,并可根据需要在功率级与逻辑级之间提供保护。

降低成本 加速推广

成本是未来氮化镓技术广泛使用的主要障碍,目前氮化镓器件的价格大约是硅器件6倍。但对于氮化镓降低成本方面,邓巍充满信心。

他认为,首先,氮化镓具有总体系统成本优势。氮化镓的优势在于能够使拓扑结构变得更加节凑,这是光看单个器件成本所体现不出来的,必须得把整个系统的成本考虑进去。其次,氮化镓是一种新产品,随着未来数量增长后,成本自然会下降。而且,现在很多厂家都在往更大的晶圆上发展,晶粒尺寸也会缩小,这意味着单个晶圆产生的数量会更多,那么成本又会缩减。因此未来氮化镓成本的缩减是比较大幅度的,跟硅相比差距变得越来越小。

邓魏表示,氮化镓现在的发展非常快,未来基于氮化镓的器件市场总值有望超过10亿美元,电源类产品大概占到整个市场的40%左右。英飞凌在氮化镓方面关注五到六个目标应用,比如服务器、电芯、无线充电、音频、适配器等应用。“我们希望更多的领域来尝试我们的氮化镓产品。我们也在和客户、分销商一起来探索如何应用氮化镓到更多的领域当中,比如太阳能、照明、消费电子、电视等。”

氮化镓应用领域

调研机构Yole预估,氮化镓元件2015年∼2021年的成长率将达83%,其中电源供应器将占相当大的一部份,近六成左右,预计氮化镓功率半导体市场将飞速增长。

发力汽车应用

氮化硅和氮化镓都被誉为第三代半导体,很多人对它们的差别并不太清楚。据邓魏介绍,从600V一直到3.3kv是氮化硅类比较合适的应用场景,氮化镓定位于100-600V左右的高频应用。

碳化硅氮化镓区别

从汽车领域来看,碳化硅更适用于50千瓦以上更大功率的应用场景,如汽车、火车等,这些场景对于成本也不敏感。相对来说氮化镓在电动汽车领域会和碳化硅有一定的竞争,20千瓦以下则主要是氮化镓的市场。

邓魏认为,从市场的分布来说,氮化镓在汽车类的应用可能起步比较晚,目前在汽车领域布局氮化镓还不是时候,因为汽车领域不管是从可靠性还是其他方面要求都是比较高的,甚至比工业领域级别要求还要高,因此要等到系统成本能够有所缩减和可靠性达到一定证明的时候,氮化镓才能在汽车领域充分地发挥作用。

但他又认为特别未来几年,汽车是氮化镓非常大的应用场景。“英飞凌会在这些方面都有所投入。2019年,我们会慢慢地发布我们的氮化镓在汽车领域的路线图。48V DC-DC和OBC是我们着重考虑和体现优势的两个领域。”

本文出自大比特资讯(www.big-bit.com),转载请注明来源

  • 赞一个(
    0
    )
  • 踩一下(
    0
    )
分享到:
阅读延展
英飞凌 CoolGaN 氮化镓 电源
  •  英飞凌新款iMOTION IMM100 系列可大幅缩减PCB面积

    英飞凌新款iMOTION IMM100 系列可大幅缩减PCB面积

    【德国慕尼黑讯】英飞凌科技 (Infineon) 推出智慧型 IPM 马达控制器,针对高至80W的 BLDC马达的完整软硬体整合,而且无需散热器。新款iMOTION IMM100系列将马达控制IC和三相变频器级整合於单一且精简的12 x 12 mm2 PQFN封装。

  • 英飞凌推出飞行测距专用芯片,2019年第4季量产

    英飞凌推出飞行测距专用芯片,2019年第4季量产

    就在3D飞行时间测距 (Time-of-Flight, ToF) 即将成为下一代脸部识别新技术之际,德国半导体大厂英飞凌(Infineon)于日前的 2019 年世界行动通讯大会上,推出专为 3D ToF 需求所设计的第4代 REAL3图像传感器芯片──IRS2771C,以满足消费性行动装置市场。

  • REAL3™飞行时间图像传感器:支持HVGA分辨率并带来卓越照片品质等优势的第四代产品

    REAL3™飞行时间图像传感器:支持HVGA分辨率并带来卓越照片品质等优势的第四代产品

    2019年2月28日,德国慕尼黑讯——英飞凌科技股份公司(FSE: IFX / OTCQX: IFNNY)在西班牙巴塞罗那2019年世界移动通信大会上展示第四代REAL3™图像传感器IRS2771C。该3D飞行时间(ToF)单芯片器件旨在满足移动消费终端市场的需求,特别是满足利用小镜头支持更高分辨率的需求。

  • LG G8ThinQ智能手机利用英飞凌飞行时间(ToF)技术实现安全的面部识别

    LG G8ThinQ智能手机利用英飞凌飞行时间(ToF)技术实现安全的面部识别

    2019年2月27日,德国慕尼黑讯——在这样一个制造商颇难脱颖而出的市场上,LG发布的2019款新机LG G8ThinQ 将扭转局面:采用专用飞行时间(ToF)摄像头的智能手机首度问世。

  • 英飞凌推出合作伙伴网络  完善互联设备的语音用户界面

    英飞凌推出合作伙伴网络 完善互联设备的语音用户界面

    2019年2月25日,德国慕尼黑、巴塞罗那和西班牙讯——从智能音箱到智能电视、会议系统或智能家电,语音识别使电子设备的操作变得更加简易而直观。因此,电子设备中的语音用户界面(VUI)需求量急剧增加。预计,仅智能音箱市场的年均增长率就将高达20%。

  • 世界移动通信大会:英飞凌推出面向消费级移动设备的eSIM解决方案

    世界移动通信大会:英飞凌推出面向消费级移动设备的eSIM解决方案

    2019年2月25日,德国慕尼黑讯——英飞凌科技股份公司(FSE代码:IFX / OTCQX代码:IFNNY)在世界移动通信大会(2月25 - 28日,西班牙巴塞罗那,6号展厅,6C41号展位)展出专门面向消费级移动设备的全新嵌入式SIM(eSIM)解决方案。英飞凌会为手机、平板电脑和笔记本电脑制造商提供已通过测试和认证的端到端解决方案,包括芯片

  •  贸泽开售Infineon CoolGaN HEMT   支持紧凑型系统设计中的高效快速开关

    贸泽开售Infineon CoolGaN HEMT 支持紧凑型系统设计中的高效快速开关

    2019年2月20日 – 专注于引入新品并提供海量库存的半导体与电子元器件分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起备货Infineon Technologies的CoolGaN™ 氮化镓 (GaN) HEMT。CoolGaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 提供高效率和高功率密度,帮助实现半导体电源的快速开关。

  • 英飞凌氮化镓解决方案投入量产

    英飞凌氮化镓解决方案投入量产

    英飞凌科技股份公司(FSE代码:IFX / OTCQX代码:IFNNY)携氮化镓(GaN)解决方案CoolGaN™ 600 V增强型HEMT和氮化镓开关管专用驱动IC(GaN EiceDRIVER™ IC),精彩亮相2018年德国慕尼黑电子展。

  • 阳光电源签约英国27MW/30MWh无补贴光储一体化项目

    阳光电源签约英国27MW/30MWh无补贴光储一体化项目

    近日,阳光电源签约英国34.7MW光伏+27MW/30MWh储能大型项目。据了解,该无补贴项目是英国目前最大的光储融合项目,标志着英国“无补贴时代”的逐步到来,对当地可再生能源发展起到重要的推动作用。众所周知,欧洲技术门槛高、产品要求严苛,此次凭借22年的新能源产品研发与项目应用经验,阳光电源成为项...

  • 瑞萨电子发布业界领先的10A及15A全封装PMBus电源模块

    瑞萨电子发布业界领先的10A及15A全封装PMBus电源模块

    2019 年 3 月 18 日,日本东京讯 - 全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社(TSE:6723)今日宣布,推出一组全封装混合数字DC/DC PMBus™电源模块:10A的ISL8280M与15A的ISL8282M,采用12mm x 11mm封装,提供业内领先的115mA/mm2电源密度,峰值效率高达95%。

  • 中航光电为5G商用提供重要技术支撑

    中航光电为5G商用提供重要技术支撑

    据央视报道,工信部表示,今年国家将在若干个城市发布5G临时牌照。中航光电已在5G项目上提前布局,目前已与华为、三星、爱立信等世界领军5G设备供应商建立了合作关系,并开展预研工作,产品涉及光互连产品、电源产品、射频产品等,多个重点型号被列入客户的平台型5G产品物料清单,即将在全球范围内应用。

  • 充电桩百亿市场即将爆发  磁件/电源企业持续加码争红利

    充电桩百亿市场即将爆发 磁件/电源企业持续加码争红利

    在国家政策和市场需求的双重作用下,新能源汽车销量突飞猛进,与此相关的充电桩市场规模高达百亿元,正值爆发阶段,相关磁件与电源企业持续加码,抢夺市场红利。

  • 阳光电源曹仁贤:光伏进入平价上网期 储能和海外市场成新增长点

    阳光电源曹仁贤:光伏进入平价上网期 储能和海外市场成新增长点

    当前,光伏行业已进入新一轮周期,2019年是开启平价上网的元年,接下来2至3年是实现全面平价上网、去补贴的关键期,光伏企业应该放眼海外、聚焦储能,寻找新的业务增长点。

  • TE Connectivity推出滑轨电源连接器

    TE Connectivity推出滑轨电源连接器

    全球连接与传感器领域领军企业TE Connectivity(TE)宣布推出滑轨电源连接器。此连接器是唯一一款无需关闭系统电源,即可在服务器中进行电子元件热插拔的电源连接器产品。滑轨电源连接器专为硬盘驱动器、电源、机架、服务器、存储器及其它高电流应用设计,能够节省通常情况下更换服务器电子元件时的系统停机时

微信

第一时间获取电子制造行业新鲜资讯和深度商业分析,请在微信公众账号中搜索“大比特商务网”或者“big-bit”,或用手机扫描左方二维码,即可获得大比特每日精华内容推送和最优搜索体验,并参与活动!

发表评论

  • 最新评论
  • 广告
  • 广告
  • 广告
广告
Copyright Big-Bit © 1999-2016 All Right Reserved 大比特资讯公司 版权所有      未经本网站书面特别授权,请勿转载或建立影像,违者依法追究相关法律责任