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Deyisupport 管理员Y

在英语里，“ready”是很有意思的一个词，它在不同的语境下会有完全不同的意思。有一大屋子女儿时，“ready”的意思就是为做好准备而准备；而准备的时间绝不会少于30分钟。在飞机上，“ready”就是把手机收起来的意思；最后，我们终于可以起飞了。

我们的行业发言人已经宣布，“GaN已经为黄金时间做好了准备。”这个声明似乎预示着GaN已经为广泛使用做好准备，或者说在大量的应用中，已经可以使用GaN技术了。这也意味着GaN已经是一项成熟的、不应再受到质疑的技术。对此，我不想妄加评论，由你自己去辨别事情的真伪。

那么，我提到的“GaN已经为数字电源控制做好准备”到底是什么意思呢？验证这一点的方法就是查看一下启用GaN技术的电源是如何开发的？在很多情况下，电源设计人员使用数字控制来展示GaN应用。这么做的原因也许是考虑到数字控制的灵活性，使得设计人员能够精确地控制开关波形；此外，也是因为数字控制能够提供多个控制环路和保护电路，而这些控制环路与保护电路能够管理所有GaN的缺陷和不足。

对我而言，“GaN已经为数字电源控制做好准备”大体涵盖了上面提到的内容，此外，这句话也意味着数字电源也为GaN的应用做好准备。要使数字电源控制为GaN的应用做好准备，它需要针对更高开关频率、更窄占空比和精密死区时间控制的时基分辨率、采样分辨率和计算能力。图1和图2显示的是一个硅 (Si) MOSFET和一个GaN MOSFET的上升和下降时间。从这两个图中可以看出，死区时间被因子2所差分，而此时的Si MOSFET变慢。此外，GaN MOSFET的上升与下降更加线性。这些属性使更加精细的边缘控制变得十分有必要。

GaN能够在不会对系统产生负面影响的情况下增加开关频率。这一优点可以在功率级中使用更小的无源组件，并实现更快的瞬态响应。然而，为了实现对这些更高频率的控制，控制电路的速度必须更快。例如，采样和转换时间需要足够快，这样才不会限制占空比宽度或相位延迟。此外，对于下一个控制工作量的计算也需要足够快，这样才不会限制开关速度。对于目前的1MHz以上开关电源，需要在几百ns内完成采样与转换。而计算延迟也必须在同样的范围内。

幸运的是，我们在数年前就已经拥有具备这一功能的数字电源控制器了。并不是所有的数字电源控制器都能够满足这些需要，但至少电源设计人员有选择的余地。

那么，GaN已经为数字电源控制中的使用做好准备了吗？对这一问题的答案要比数字电源控制是否能够使用GaN这个问题复杂。所以，随着GaN在不断向前发展，并且在高密度和高性能电源解决方案中寻找用武之地，我们也不必非要等到控制器发展到能够利用GaN优势的那一刻。所以，“ready”到底意味着什么呢：那就是“现在。”

你这个话题有什么看法呢？

 

图1：谐振LLC Si MOSFET死区时间

 

图2：LLC GaN MOSFET死区时间

 

其它资源：

-LMG5200半桥功率级

-GaN FET模块相对于硅模块的性能优势。

-界定GaN可靠性的综合方法。

-用GaN的发展前景来推进电源解决方案向前发展。


原文链接：

https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2015/03/20/gan-is-ready-for-digital-power-control

Anonymous

  • 和SIC类似，GaN作为新的材料已经逐步出现在各种器件中。在电力电子行业，器件材料已经构成了行业发展的瓶颈，找到发热更小、效率更高、更加稳定的材料一直以来都是大家关注的热门话题。GaN在近几年走入人们视野，并很快得到应用。虽然前景很好，但目前价格仍是制约其发展的要素，虽然GaN已经ready，但其大规模应用仍有一段路要走。

  • 如文中所言：“GaN已经为数字电源控制做好准备”同时也意味着数字电源也为GaN的应用做好准备。GaN MOSFET与硅(Si)MOSFET相比，GaN MOSFET在死区时间控制的上升与下降更加线性并具有更高的工作频率。GaN开关频率的大幅提升带来的将是无源器件体积的大幅减小。可以想象在未来这将使功率器件变得体积小巧、性能可靠，数字电源为GaN的应用做好充分的准备。我们将拭目以待。

  • GaN是一种半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景，首先在LED领域实现应用。对于GaN材料，查了资料，可能有两个方面的难点，一是衬底单晶没有解决，二是异质外延缺陷密度相当高。如果像文中提到的“数字控制能够提供多个控制环路和保护电路，而这些控制环路与保护电路能够管理所有GaN的缺陷和不足”，那将是很好的切合点。

    个人认为，可以在现有GaN技术的基础上实现高效率的数字电源，只要能够满足可靠性要求，选择合适的数字电源控制形成产品，实现应用无疑是一条可行的道路。然后随着GaN材料技术和工艺的不断改进和发展，数字电源控制器在高开关频率、更窄占空比和精密死区时间控制的时基分辨率、采样分辨率和计算能力的不断提高，进一步实现高密度和高性能电源解决方案和产品。确实需要先开发一代产品，再更新换代,TI有技术优势。

  • 1.为什么GAN器件广受追捧：本身从事半导体行业，之前做的是硅基器件，由于新型材料GAN稳定性能好，禁带宽度比较高，所以耐压非常高。所以只需要很薄的GAN层就能轻松实现一些大功率型高压状态。所以GAN这种新型材料受到国内外学者的大力追捧。目前我实验室做的方面是GAN材料做的ESD静电放电保护器件这一块，国内外文献主要集还是中在硅基做的ESD器件，所以所参考文献不多。目前我实验室做的是双栅型GAN型的ESD防护器件，相较于单栅型GAN的ESD器件，双栅型的阈值电压可调这点非常好，有利于实现常关型基于GAN的ESD器件（常规的新型GAN都属于常开型器件，功耗损耗比较大）。

    2：为什么GAN器件MOSFET开关速度快：由于GAN材料与常规性硅基P型半导体和N型半导体不同，新型GAN材料主要靠二维电子气2DEG导电，而不是靠常规性硅材料的空穴和电子，所以新型材料GAN做的功率器件在开启时，并不会存在空穴或电子储存效应，所以在关断状态时，不需要先在P型半导体抽取走储存的电子或不需要在N型半导体抽取走储存的空穴，所以这大大节约了GAN器件开关时间，从而实现了更高频的电路控制。

    3：针对氮化镓已为数字电源控制应用做好准备这条，怎么说呢，由于目前新型材料研究程度比较高，但目前来说局限程度军用程度比较高，民用还有待普及。但随着摩尔定律的一步一步到来，硅基肯定是实现不了的，所以我觉得GAN新型材料器件应该已经为数字电源控制应用做好准备。

    4：展望，非常看好新型材料GAN的普及，非常看好未来GAN在数字电源使用的普及，GAN必将踏着硅基的肩膀走向未来一片光明。未来属于新型材料。

  • GaN MOSFET有更快的开关速度，上升与下降更加线性，对数字电源模块来说无疑是个很大的提升,这一点是非常值得期待的。只是在推广初期阶段，不知价格是否有竞争优势，还有就是后续技术的推广宣传工作是否能紧跟，这些都是我们非常期待的。