【導讀】在新能源電動車發展趨勢的推動下，對高功率充電的需求日益殷切，而支持高功率密度、高性能和高開關頻率的氮化镓場效應晶體管（GaN FET）
，成為市場上熱門的產品選擇。另一方麵
，目前市麵上已經有眾多利用電池操作的工具與設備
，為了提升電池的運作安全性
、效率，並提升電池的壽命
，必須采用高效的MOSFET來進行電池隔離。本文將為您介紹GaN FET與高效電池隔離技術的發展，以及Nexperia所推出的GaN FET與專用電池隔離MOSFET的產品特性。

在新能源電動車發展趨勢的推動下，對高功率充電的需求日益殷切，而支持高功率密度、高性能和高開關頻率的氮化镓場效應晶體管（GaN FET），成為市場上熱門的產品選擇。另一方麵
，目前市麵上已經有眾多利用電池操作的工具與設備
，為了提升電池的運作安全性、效率，並提升電池的壽命，必須采用高效的MOSFET來進行電池隔離。本文將為您介紹GaN FET與高效電池隔離技術的發展，以及Nexperia所推出的GaN FET與專用電池隔離MOSFET的產品特性。

功率氮化镓技術滿足對高效功率轉換的需求

dangqiangongyeyingyongsuomianlindezhuyaotiaozhanzhiyi，bianshijiangdigonglvsunhao。mianduilaizishehuiyuelaiyuedadeyali，heyuelaiyueduodezhengfuzhenduijianshaoeryanghuatanpaifangdelifa

，xuduoxingyezhengzaitouziyugenggaoxiaodedianlizhuanhuanhezengjiadianqihua

，qizhongbaokuoqichedianqihua、電信基礎設施、服務器存儲和工業自動化，其中電力電子產品的使用顯著增長。這反過來又導致對基於氮化镓（GaN）技術的高效、創新、大功率FET的需求增加。

在半導體行業中
，功率器件創新的最大動力和驅動力是提高功率轉換效率。在各種技術中，與矽（Si）和碳化矽（SiC）解決方案相比，氮化镓（GaN）技術表現出最大的性能優勢。具體而言，GaN場效應晶體管（FET）以較低的係統成本提供最佳效率
，同時使係統更輕

、更小和更冷。自從功率GaN晶體管，特別是GaN-on-Si器件被引入市場以來，性能
、可靠性

、成本和可用性都發生了顯著改善，功能更強大的GaN功率晶體管可用於驅動更高的功率。

GaN具有非常高的電子遷移率，能夠創建具有低導通電阻和極高開關頻率能力的器件。這些優勢在電動汽車（EV）和可再生能源應用等下一代電力係統中至關重要，也非常適合數據中心
、電信基礎設施和工業中的應用。

高質量與高度穩健的高功率GaN FET

無論是為下一代新能源電動車設計的電機驅動／控製器
，還是為最新5G電信網絡設計的電源，Nexperia的GaN FET將是您解決方案的關鍵，可提供高功率性能和高頻開關
，這些常態關斷的GaN FET產品的設計和結構
，可確保您的設計可應用低成本的標準柵極驅動器。

Nexperia的迭接GaN FET可提供高功率密度、高性能和高開關頻率
，這種獨特的解決方案有助於使用眾所周知的Si MOSFET柵極驅動器輕鬆驅動設備。此外
，與市場上的其他解決方案不同，它具有無與倫比的高結溫（Tj [max] 175℃）、設計自由度和改進的電源係統可靠性。

Nexperia的GaN FET產品組合具有CCPAK與TO-247兩種封裝形式。Nexperia帶來了近20年生產高質量、高穩健性SMD封裝的經驗，CCPAK以真正創新的封裝提供行業領先的性能
，無引線鍵合可優化熱性能和電氣性能，並簡化迭接配置設計

，無需複雜的驅動器和控製裝置。

Nexperia采用CCPAK封裝的GaN FET產品采用創新的銅夾封裝技術，電感比行業標準封裝低3倍
，可降低開關損耗和EMI，與引線鍵合解決方案相比，可靠性更高，具有絕佳的熱性能，低Rth(j-mb)典型值（<0.5 K/W）可ke實shi現xian最zui佳jia冷leng卻que，可ke提ti供gong可ke製zhi造zao性xing和he穩wen健jian性xing，具ju有you用yong於yu溫wen度du循xun環huan可ke靠kao性xing的de柔rou性xing引yin線xian
，這zhe種zhong靈ling活huo的de鷗ou翼yi式shi引yin線xian，實shi現xian強qiang大da的de板ban級ji可ke靠kao性xing，可ke兼jian容rongSMD焊接和AOI瑕疵檢測，並具有兩種冷卻方式，包括底部冷卻（CCPAK1212）與頂部冷卻（CCPAK1212i），可增加設計的靈活性並進一步改善散熱，並可符合AEC-Q101、MSL1規範，且是無鹵素器件。目前主要產品包括支持650 V、33 mΩ的GAN039-650NBB
、GAN039-650NBBA與GAN039-650NTB這三款采用CCPAK封裝的GaN FET。

此外，將Nexperia的封裝專業知識與行業標準TO-247相結合，可生產出高質量
、高度穩健的GaN FET產品，以無與倫比的可靠性滿足最苛刻的應用。Nexperia的TO-247封裝GaN FET產品可提供高性能（>99%效率）
、低動態特性
，擁有反向傳導中最低的WBG損耗，以及領先的軟開關性能，相當易於驅動
，可支持0至12 V柵極驅動，采用TO-247封裝的GaN FET產品線包括支持650 V

、35 mΩ的GAN041-650WSB，以及支持650 V
、50 mΩ的GAN063-650WSA。

高能量密度電池需要進行高效的電池隔離

在(zai)過(guo)去(qu)幾(ji)年(nian)，使(shi)用(yong)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)的(de)無(wu)繩(sheng)工(gong)具(ju)和(he)室(shi)外(wai)電(dian)力(li)設(she)備(bei)正(zheng)在(zai)迅(xun)猛(meng)發(fa)展(zhan)，這(zhe)類(lei)電(dian)池(chi)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)功(gong)率(lv)和(he)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)搭(da)配(pei)，同(tong)時(shi)相(xiang)對(dui)輕(qing)便(bian)
，易(yi)於(yu)使(shi)用(yong)。推(tui)動(dong)這(zhe)種(zhong)趨(qu)勢(shi)的(de)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)之(zhi)一(yi)，便(bian)是(shi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)持(chi)久(jiu)的(de)10芯36V鋰li離li子zi電dian池chi組zu的de問wen世shi，由you於yu這zhe些xie電dian池chi的de能neng量liang密mi度du比bi較jiao高gao
，非fei常chang適shi合he專zhuan業ye工gong具ju，也ye適shi合he傳chuan統tong有you繩sheng設she備bei，甚shen至zhi是shi發fa動dong機ji驅qu動dong的de室shi外wai電dian力li設she備bei，例li如ru電dian鋸ju和he割ge草cao機ji。但dan是shi，由you於yu能neng量liang密mi度du升sheng高gao
，它ta們men更geng加jia需xu要yao高gao效xiao的de電dian池chi隔ge離li。

這(zhe)些(xie)使(shi)用(yong)多(duo)節(jie)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)手(shou)持(chi)和(he)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)的(de)工(gong)具(ju)和(he)設(she)備(bei)，雖(sui)然(ran)具(ju)有(you)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)高(gao)的(de)優(you)點(dian)

，但(dan)是(shi)在(zai)故(gu)障(zhang)情(qing)況(kuang)下(xia)，這(zhe)可(ke)能(neng)會(hui)成(cheng)為(wei)問(wen)題(ti)，因(yin)為(wei)它(ta)有(you)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)大(da)量(liang)不(bu)受(shou)控(kong)製(zhi)的(de)能(neng)量(liang)釋(shi)放(fang)
，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)負(fu)載(zai)過(guo)熱(re)和(he)潛(qian)在(zai)的(de)電(dian)路(lu)火(huo)災(zai)，必(bi)須(xu)安(an)全(quan)地(di)隔(ge)離(li)電(dian)池(chi)，並(bing)在(zai)關(guan)閉(bi)係(xi)統(tong)前(qian)，以(yi)可(ke)控(kong)的(de)方(fang)式(shi)處(chu)理(li)大(da)量(liang)放(fang)電(dian)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)非(fei)常(chang)穩(wen)健(jian)且(qie)具(ju)有(you)高(gao)熱(re)效(xiao)的(de)MOSFET。

按照標準MOSFET電壓額定值，對於36 V電池，設計人員會使用60 V MOSFET。但是，對於36 V的標稱額定值，使用50 V或55 V的MOSFET則比較理想。減小MOSFET電壓額定值，可為優化安全工作區（SOA）、漏極電流（ID）額定值和雪崩能力提供機會
，從而提高整體安全性和效率。

在電池出現故障導致深度放電時，由於在高電流下電路電感兩端產生的電壓
，電池隔離MOSFET通常會進入線性模式。因此，維持穩定的安全工作區至關重要。此外
，電池隔離MOSFET通常放置在遠離負載的位置，可能遭受非鉗位電感尖峰（UIS）。通過優化VDS電壓（50 V），使其更接近電池電壓（36 V）
，可幫助將耗散電能減少至少20%（與60 VDS器件相比），並且可以避免潛在的故障。鑒於典型應用經常在惡劣環境下運行，雪崩事件可能會很常見。

針對電池隔離需求，Nexperia推出的新型50/55 V專用MOSFET
，可提供必要的SOA和穩健性
，同時還提供顯著改進的效率和很高的額定功率，外形尺寸為5*6 mm。此外，Nexperia的MOSFET技術提供了出色的安全工作區功能，利用50/55 V ASFET（Application-Specific FET），可優化了1 ms至10 ms的放電性能。例如，以PSMN1R5-50YLH這款產品為例，它能夠在40 V電壓下處理高達5 A的放電，並持續1 ms。另一方麵，Nexperia的PSMN1R5-50YLH具有優化雪崩能力，具有2000 mJ（在25 A電流下）的單相雪崩額定值（EAS），能夠反複耐受此類事件。

隨著這些專用50/55 V ASFET的發布，Nexperia成為率先專門針對36 V電池係統提供50 V額定值MOSFET的公司之一。該產品在SOA、IDedingzhihexuebengnenglifangmianjinxingleyouhua，tongshibaochilianghaodedaotongdianzu，weishejirenyuantigonglefeichangwendingdedianchigelijiejuefangan。tatigongyejielingxiandexingneng，zhiliudianchiedingzhiwei200 A，計算的矽限製為312 A，並基於Nexperia的成熟電池隔離ASFET產品組合構建。

適用於高負載電流的36 V電池供電的增強型MOSFET

Nexperia推出用於電池隔離的ASFET產品組合，是專為多節電池供電設備而設計，是最穩健的LFPAK封裝器件的理想應用。在故障情況下，由於在故障引起深度放電時
，大電流下的電路電感會產生電壓，因此電池隔離MOSFET通常會進入線性模式，增強的SOA MOSFET可繼續安全可控地運行，直到關閉為止
，將電池與負載電路完全隔離。

在正常工作時，需要低導通電阻才能實現低傳導損耗
，但需要優化參數以實現安全的電池隔離
，這種穩健的電池隔離MOSFET可用作設備批準的主要保護，適用於可能需要低Vt的應用，因為電池保護IC可能隻有2-3 V柵極驅動能力。

Nexperia推出的ASFET產品組合除了PSMN1R5-50YLH之外，還包括PSMNR70-40SSH是N通道40 V

、0.7 mΩ
、425 A邏輯電平MOSFET，采用LFPAK88封裝，還有PSMN1R0-40ULD是N通道40 V

、1.1 mΩ
、280 A邏輯電平MOSFET，采用SOT1023A封裝，以及PSMNR51-25YLH是N通道25 V
、0.57 mΩ、380 A邏輯電平MOSFET

，采用LFPAK56E封裝。針對36 V電池的高效隔離應用所開發的Nexperia PSMN1R5-50YLH是N通道
、50 V
、1.7 mΩ
、支持200安培連續電流
、邏輯電平柵極驅動應用，采用LFPAK56E封裝的增強型MOSFET。作為用於電池隔離和直流電機控製係列的ASFET產品組合的一部分，使用Nexperia獨特的“SchottkyPlus”技術
，可提供通常與集成肖特基或類肖特基二極管的MOSFET相關的高效率開關和低尖峰性能，但不會出現高泄漏電流問題。ASFET特別適用於需要強大雪崩能力、線性模式性能、在高開關頻率下使用

，以及在高負載電流下安全可靠開關的36 V電池供電應用。

PSMN1R5-50YLH針對36 V（標稱）電池供電應用進行了優化

，LFPAK56E封裝采用低應力外露引線框架
，具有極高的可靠性、最佳焊接和易於進行焊點檢查

，可用於低封裝電感和電阻，以及高ID(max)額定值的銅夾和焊料芯片連接，可在175℃環境下運作，支持雪崩等級，並經過100%測試，尤其是在較高開關頻率下，具備低QG、QGD和QOSS，可實現高效率。

PSMN1R5-50YLH具有軟式二極管恢複的超快速開關
，可實現低尖峰和振鈴，推薦用於低EMI設計

，具有窄VGS(th)額定值，便於並聯以改善電流共享
，擁有非常強大的線性模式／安全工作區特性，可在大電流條件下安全可靠地切換。PSMN1R5-50YLH可應用於無刷直流電機控製，以及大功率AC-DC應用中的同步整流器，例如服務器電源，還有電池保護和電池管理係統（BMS）、負荷開關與10節鋰離子電池應用（36 V - 42 V）。

結語

在電動汽車與工業關鍵應用中
，GaN FET的優異性能，適用於車載充電、DC-DC轉換器
、牽引逆變器、太陽能（PV）逆變器、交流伺服驅動器／變頻器
、電池存儲／UPS逆變器等產品。Nexperia的GaN FET產品組合擁有CCPAK與TO-247兩種封裝形式，是具有高質量、高穩健性的GaN FET產品，能夠滿足各種高功率電源應用的需求。

ciwai
，suizhecaiyongdianchigongdiandeshebeiyuelaiyueduo
，yifangmianyaotigonggenggaodegonglvmidu，haiyaoweichijiaoxiaodeshebeiwaixingchicun，yinciduigaogonglvmidudelilizidianchizuxuqiuyuelaiyuegao，dantongshiyeyaoweichidianchideanquanxing、穩健性，因此電池隔離MOSFET便扮演著重要的角色。本文介紹的Nexperia GaN FET與電池隔離MOSFET擁有高性能與效率，是電池運作設備的最佳搭檔，值得您進一步深入了解與采用。

（文章來源：中電網）

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