【导读】氮化镓（GaN）作为宽禁带半导体，正以其卓着的电气特征引领功率电子行业的厘革。相较在传统硅基器件，GaN具有更低的导通电阻、极小的栅极电荷及近乎零的反向恢复电荷，撑持更高开关频率与能效。这一上风于功率转换及机电节制范畴尤为显著，不仅助力体系实现更高的功率密度、小型化与轻量化，更能年夜幅降低开关损耗，甚至省去粗笨的散热器，从而于苛刻的运用情况中实现更优机能与更低综合成本。

GaN技能于差别运用中的上风

满意日趋增加的高能效及高功任性能的需求，同时不停降低成本及尺寸是现今功率电子行业面对的重要挑战。

较新的宽禁带化合物半导体质料氮化镓 (GaN)的引入代表功率电子行业于朝着这个标的目的成长，而且，跟着这项技能的商用水平不停提高，其运用市场正于迅猛增加。

高电子迁徙率晶体管(HEMT)氮化镓(GaN)的品质因数 (FOM)、导通电阻 RDS(on) 及总栅极电荷(QG)三个参数均优在响应的硅基器件，同时具备很高的漏源电压耐压能力、零反向恢复电荷及很是低的寄生电容。

电能功率转换是第一个广泛运用GaN技能的范畴，可以或许满意更严酷的能效要求让GaN成为功率转换体系提高能效的首选解决方案。GaN更高的开关频率可以或许让功率转换体系实现更高的功率密度、小型化及轻量化，降低成本。

于机电节制设计中，尺寸及能效一样具备主要意义，最年夜限度降低驱动器的导通及开关损耗是节能降耗的要害地点。

跟着硅基晶体管技能的功率密度、击穿电压及开关频率靠近理论极限，依赖传统硅基MOSFET及IGBT晶体管晋升机电驱动机能变患上愈来愈难。于高压机电节制运用中，电气特征更为优秀的GaN晶体管成为MOSFET及IGBT的有用替换方案。

图1. 基在GaN晶体管的逆变器的简化框图

鞭策下一代机电逆变器的成长

GaN甚至有望为低频开关（最高 20kHz）的运用带来显著上风。于家用电器范畴，机电驱动体系如洗衣机、冰箱、空调、吸尘器等重要依赖逆变器来节制机电转速、转矩及能效。由于遭到机械及功效限定，家电机电的现实尺寸基本上是固定稳定的，这一点与工业伺服机电或者周详机电差别。这象征着，经由过程缩小机电自己来减小总体体系尺寸的传统要领是行欠亨的——而是必需改良驱动机电的逆变器及响应的功率电子器件。

从这个意义上讲，需要指出的是，相较在传统硅基晶体管，GaN产物并不是是某一项参数十分凸起，而是各方面的综合机能较着胜出。

GaN的反向恢复电荷 (Qrr)很小，现实上可纰漏不计，寄生电容很低，是以，可以耐受略高的电压变化率dV/dt。虽然机电绕组及绝缘限定了dV/dt最年夜答应值，但GaN于更高开关速率下事情的能力，使患上设计职员可以或许精心优化开关边缘。

此外，GaN开关还有可以安全地年夜幅缩短死区时间，而不会孕育发生桥臂纵贯危害，上下桥臂开关之间的转换时间可以轻松缩短到硅基晶体管的十分之一，更短的死区时间可以提高逆变器能效，降低开关损耗，同时又不会影响机电的靠得住性。

只管机能晋升云云显著，但远不止在此。事实上，所有这些“小”改良累加于一路，终极带来了也许是所有改良中最要害的一点：节省散热器。

离别散热器

耗散功率的年夜幅降低让设计职员可以或许对于逆变器功率转换级中粗笨的散热器举行瘦身设计，甚至丢弃散热器。此刻，装置线可能需要更少的制造工序。没有散热器也象征着无需螺钉或者安装接头，从而防止了装备持久利用后可能呈现的机械妨碍，这有望节省维保成本。

整体成果是逆变器设计变患上小型化、轻量化，经济效益更好，更合适要求严酷且竞争激烈的家电市场。

图2. 于无散热器式机电逆变器上安装的 700 V GaN

图2所示波形显示了于相干测试中GaN的温升很是低和光滑。于上面的示例中，被测器件的典型 RDS(on) 为 80mΩ。机电逆变器的开关频率为 16 kHz，dV/dt 最年夜值略低在 10V/ns。

该GaN开关管可以安全地输出约 800 W 的功率，而不会发生热掉控。温升Δt小在 70 °C，于到达150 °C的最高事情结温 (TJmax)以前，有足够的安全裕量。

这一优秀的测试成果是于没有安装散热器的环境下取患上的，GaN是安装于一个通用两层 PCB 上，经由过程电路板自己散热。

STPOWER GaN晶体管

STPOWER GaN晶体管素质上是常关型p-GaN栅极加强模式晶体管，零反向恢复电荷。STPOWERGaN700 V额定击穿电压 (VDS)晶体管今朝统共有七款产物，典型导通电阻RDS(on)规模270 mΩ到53 mΩ，采用DPAK、PowerFLAT 8x8及TO-LL封装。

该产物组合正于快速扩展，增长了差别的封装、RDS(on)及击穿电压的产物。