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打开高效能源之门的钥匙——英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

2019-06-25 13:22 来源:电源网原创 编辑:电源网

提到氮化镓功率管,电源工程师们都知道它的速度快,频带高,但还是会觉得有些陌生。其实氮化镓工艺早就在LED和射频晶体管领域得到了多年的应用。

氮化镓是一种宽禁带半导体材料(WBG),与硅等传统的半导体材料相比,它能够让器件在更高的饱和电子迁移率、频率和电压下运行。氮化镓和硅的截面图,硅是垂直型的结构,氮化镓是平面型的结构,在结构上有本质的不同。硅的带隙是1.1电子伏特,氮化镓是3.4电子伏特。氮化镓已经在60年代应用于LED产品中,只是在电源类产品中在近几年被慢慢市场开始接受。

英飞凌是目前唯一覆盖普通硅、碳化硅、氮化镓三种工艺的功率管的公司。提到英飞凌,大家都知道他的CoolMOS™ Mosfet。笔者最近拿到了英飞凌推出的CoolGaN™ 产品——IGO60R070,下面分享给大家。

英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

CoolGaN™能工作在更高的频率下,那么,在高频下的应用该如何设计呢?CoolGaN™该如何驱动比较合适呢?

下面我们先来对比一下基于普通硅工艺、碳化硅、氮化镓3种工艺的功率管的驱动特性:

英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

上图测试的是英飞凌的一款CoolMOS™(IPW60R040C7)的IV曲线,设置Vgs在-2V至+5V下的Vds为 0-21V下的Ids曲线。

从图中可以看出, 在Vds为15V左右时,Vgs>=4V进入完全导通状态。

再看看碳化硅工艺的功率管:

英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

碳化硅功率管在Vds=20V、Vgs=4V时还未能进入完全导通的状态,但在Vds=2V左右时,Vgs=4.5V就进入完全导通的状态了。

再看看氮化镓工艺的CoolGaN™ IGO60R070D1:

英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

从图中可以看出,在Vgs从-2V到+5V整个范围内,CoolGaN™ IGO60R070D1均未完全导通,即使在VDS=21V、Vgs=5V时,Ids也不到300uA.

这是为什么呢?

作为电源工程师,大家都知道Mosfet和Sicfet的规格书都会提供类似的IV曲线,先来看看现在测试的这颗英飞凌的IPW60R040C7 Mosfet的规格书:IPW60R040C7

英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

IPW60R040C7的规格书中明确的给出了不同Vgs电压下的IV曲线,不同的是原厂采用的是更大电流的仪表来进行测量的。

我们再来看一下这款CoolGaN™ IGO60R070D1的规格书:IGT60R070D1

然而规格书中并未给出不同Vgs电压下的IV曲线,但是给出了不同Igs电流下的IV曲线:

英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

我们知道Mosfet和Sicfet都属于电压型控制功率器件,那么,CoolGaN™是属于电流型控制器件吗?

我们先看看IGO60R070D1规格书中给出的电流条件:

英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

接下来测试一下不同Igs下IGO60R070D1的IV曲线:

英飞凌氮化镓CoolGan功率器件测评

规格书给出的驱动所需要的最大平均电流是20mA,设置Vgs电压限制为5V,测试Igs电流从0.1mA到15mA的IV曲线如上图。

从图中可以看出,Igs和Ids的线性关系还是比较好的,在Igs=14mA、Vds>15V进入完全导通状态,在Igs=15mA、Vds>11V进入完全导通状态。

好吧,这能说明CoolGaN™是电流型控制器件吗?

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标签: 英飞凌 氮化镓

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