【導讀】氮化镓（GaN）作為寬禁帶半導體
，正以其卓越的電氣特性引領功率電子行業的變革。相較於傳統矽基器件，GaN具備更低的導通電阻、極ji小xiao的de柵zha極ji電dian荷he和he近jin乎hu零ling的de反fan向xiang恢hui複fu電dian荷he，支zhi持chi更geng高gao開kai關guan頻pin率lv與yu能neng效xiao。這zhe一yi優you勢shi在zai功gong率lv轉zhuan換huan和he電dian機ji控kong製zhi領ling域yu尤you為wei顯xian著zhu，不bu僅jin助zhu力li係xi統tong實shi現xian更geng高gao的de功gong率lv密mi度du、小型化與輕量化，更能大幅降低開關損耗，甚至省去笨重的散熱器，從而在苛刻的應用環境中實現更優性能與更低綜合成本。

GaN技術在不同應用中的優勢

滿足日益增長的高能效和高功率性能的需求，同時不斷降低成本和尺寸是當今功率電子行業麵臨的主要挑戰。

較新的寬禁帶化合物半導體材料氮化镓 (GaN)的引入代表功率電子行業在朝著這個方向發展
，並且
，隨著這項技術的商用程度不斷提高，其應用市場正在迅猛增長。

高電子遷移率晶體管(HEMT)氮化镓(GaN)的品質因數 (FOM)、導通電阻 RDS(on) 和總柵極電荷(QG)三個參數均優於相應的矽基器件，同時具有很高的漏源電壓耐壓能力、零反向恢複電荷和非常低的寄生電容。

電能功率轉換是第一個廣泛應用GaN技術的領域，能夠滿足更嚴格的能效要求讓GaN成為功率轉換係統提高能效的首選解決方案。GaN更高的開關頻率能夠讓功率轉換係統實現更高的功率密度
、小型化和輕量化，降低成本。

在電機控製設計中

，尺寸和能效同樣具有重要意義，最大限度降低驅動器的導通和開關損耗是節能降耗的關鍵所在。

隨著矽基晶體管技術的功率密度
、擊穿電壓和開關頻率接近理論極限
，依靠傳統矽基MOSFET和IGBT晶體管提升電機驅動性能變得越來越難。在高壓電機控製應用中，電氣特性更為優異的GaN晶體管成為MOSFET和IGBT的有效替代方案。

圖1. 基於GaN晶體管的逆變器的簡化框圖

推動下一代電機逆變器的發展

GaN甚至有望為低頻開關（最高 20kHz）的應用帶來顯著優勢。在家用電器領域，電機驅動係統如洗衣機、冰箱、空調
、吸塵器等主要依靠逆變器來控製電機轉速、zhuanjuhenengxiao。yinweishoudaojixiehegongnengxianzhi，jiadiandianjideshijichicunjibenshangshigudingbubiande
，zheyidianyugongyesifudianjihuojingmidianjibutong。zheyiweizhe
，tongguosuoxiaodianjibenshenlaijianxiaozhengtixitongchicundechuantongfangfashixingbutongde——而是必須改進驅動電機的逆變器和相應的功率電子器件。

從這個意義上講
，需要指出的是
，相較於傳統矽基晶體管
，GaN產品並非是某一項參數十分突出，而是各方麵的綜合性能明顯勝出。

GaN的反向恢複電荷 (Qrr)很小
，實際上可忽略不計，寄生電容很低，因此，可以耐受略高的電壓變化率dV/dt。雖然電機繞組和絕緣限製了dV/dt最大允許值，但GaN在更高開關速度下工作的能力
，使得設計人員能夠精心優化開關邊沿。

此外

，GaNkaiguanhaikeyianquandidafusuoduansiqushijian，erbuhuichanshengqiaobizhitongfengxian

，shangxiaqiaobikaiguanzhijiandezhuanhuanshijiankeyiqingsongsuoduandaoguijijingtiguandeshifenzhiyi，gengduandesiqushijiankeyitigaonibianqinengxiao
，jiangdikaiguansunhao

，tongshiyoubuhuiyingxiangdianjidekekaoxing。

盡管性能提升如此顯著，但遠不止於此。事實上，所有這些“小”改進累加在一起，最終帶來了或許是所有改進中最關鍵的一點：節省散熱器。

告別散熱器

haosangonglvdedafujiangdirangshejirenyuannenggouduinibianqigonglvzhuanhuanjizhongbenzhongdesanreqijinxingshoushensheji，shenzhipaoqisanreqi。xianzai
，zhuangpeixiankenengxuyaogengshaodezhizaogongxu。meiyousanreqiyeyiweizhewuxuluodinghuoanzhuangjietou，congerbimianleshebeichangqishiyonghoukenengchuxiandejixieguzhang，zheyouwangjieshengweibaochengben。

總體結果是逆變器設計變得小型化、輕量化
，經濟效益更好
，更適合要求嚴格且競爭激烈的家電市場。

圖2. 在無散熱器式電機逆變器上安裝的 700 V GaN

圖2所示波形顯示了在相關測試中GaN的溫升非常低及平滑。在上麵的示例中
，被測器件的典型 RDS(on) 為 80mΩ。電機逆變器的開關頻率為 16 kHz
，dV/dt 最大值略低於 10V/ns。

該GaN開關管可以安全地輸出約 800 W 的功率
，而不會發生熱失控。溫升Δt小於 70 °C，在達到150 °C的最高工作結溫 (TJmax)之前
，有充足的安全裕量。

這一優異的測試結果是在沒有安裝散熱器的情況下取得的
，GaN是安裝在一個通用兩層 PCB 上

，通過電路板本身散熱。

STPOWER GaN晶體管

STPOWER GaN晶體管本質上是常關型p-GaN柵極增強模式晶體管，零反向恢複電荷。STPOWERGaN700 V額定擊穿電壓 (VDS)晶體管目前總共有七款產品，典型導通電阻RDS(on)範圍270 mΩ到53 mΩ，采用DPAK

、PowerFLAT 8x8和TO-LL封裝。

該產品組合正在快速擴大，增加了不同的封裝、RDS(on)和擊穿電壓的產品。