级联氮化镓功率器件

氮化镓的作用及应用氮化镓是一种无机化合物，化学式为GaN。

它是一种重要的半导体材料，具有许多重要的应用和作用。

本文将详细介绍氮化镓的作用及其在各个领域的应用。

首先，让我们来了解一下氮化镓的基本性质。

氮化镓是一种III-V族化合物，具有类似于硅的晶体结构。

它在室温下为六方晶系，是一种直接带隙半导体材料，具有广泛的光电性能。

它的带隙宽度约为3.4电子伏特，使其在电子器件和光电器件中具有重要的应用价值。

氮化镓在电子器件中的作用和应用非常广泛。

由于其带隙宽度较大，具有较高的电子迁移率和较小的电子有效质量，因此在高频、高功率、高温等恶劣条件下具有良好的性能。

氮化镓广泛应用于微波和射频功率放大器、混频器、功率开关等功率器件中。

同时，氮化镓还是制造高频高速场效应晶体管（HEMT）的重要材料，具有优异的性能和稳定性，广泛应用于通信、雷达、卫星导航等领域。

氮化镓在光电器件中也有重要的应用。

由于其直接带隙结构和较大的带隙宽度，氮化镓具有良好的光电转换性能和光学性能。

因此，氮化镓被广泛应用于发光二极管（LED）和激光二极管（LD）等光电器件中。

氮化镓LED具有发光效率高、寿命长、发光波长范围广等优点，被广泛应用于照明、显示、显示器等领域。

同时，氮化镓LD具有较高的光电转换效率和较小的线宽，被广泛应用于激光打印、激光医疗、激光显示等领域。

除此之外，氮化镓还具有其他重要的应用。

在太阳能电池领域，氮化镓作为窄带隙和高吸收系数的材料，被广泛研究和应用于多结太阳能电池和高效率光伏器件中。

在磁性材料领域，氮化镓具有特殊的磁性性能，被应用于磁存储器件、磁传感器、自旋电子学器件等领域。

在生物医学领域，氮化镓还被用作生物传感器、医疗诊断器件等生物医学器件的材料。

总的来说，氮化镓是一种非常重要的半导体材料，具有广泛的应用前景和发展潜力。

它在电子器件、光电器件、太阳能电池、磁性材料、生物医学器件等领域都有重要的应用和作用，为现代科技领域的发展做出了重要贡献。

氮化镓场效应管型号1. 引言氮化镓场效应管（GaN FET）是一种在高频和高功率应用中广泛使用的半导体器件。

它具有优异的特性，如高电流密度、高开关速度和低电阻等，使其在通信、雷达、无线电发射器等领域得到广泛应用。

本文将介绍几种常见的氮化镓场效应管型号，包括其特点、应用领域以及性能参数。

2. 型号一：XX-GaN-0012.1 特点•高功率密度：XX-GaN-001采用了先进的氮化镓技术，具有较高的功率密度，可实现更小尺寸和更轻量级的设计。

•高开关速度：该型号的开关速度非常快，能够实现快速切换和调节信号。

•低电阻：XX-GaN-001具有较低的导通电阻，可以提供更好的效率和热管理。

2.2 应用领域由于XX-GaN-001具有上述优秀特性，它在以下领域得到广泛应用：2.2.1 通信系统XX-GaN-001可以用于无线通信系统中的功率放大器，提供更高的输出功率和更好的信号传输质量。

同时，它还可以用于基站天线放大器、卫星通信设备等。

2.2.2 雷达系统雷达系统需要高功率和高频率的信号放大器，以便实现远距离探测和目标跟踪。

XX-GaN-001适用于雷达发射机、接收机和天线驱动器等应用。

2.2.3 无线电发射器无线电发射器需要高效的功率放大器来提供稳定而强大的信号输出。

XX-GaN-001能够满足这些需求，并广泛应用于广播、电视发射、航空通信等领域。

2.3 性能参数以下是XX-GaN-001的一些重要性能参数：参数数值最大输入功率10W最大输出功率50W参数数值工作频率范围1GHz - 6GHz增益20dB工作电压28V3. 型号二：YY-GaN-0023.1 特点•宽工作频率范围：YY-GaN-002能够在较宽的频率范围内工作，适用于多种应用场景。

•高线性度：该型号具有较高的线性度，能够减少非线性失真，提供更清晰和准确的信号传输。

•低噪声：YY-GaN-002的噪声系数较低，适用于对信噪比要求较高的应用。

氮化镓功率）作为种宽禁带半导材料具高电子迁移率、高击穿电压、高热导氮化镓（GaN一体，有率等优良性使其功率电子领域具广泛应用前景。

氮化镓功率器件主要包括氮化镓特，在有的功率二极管、氮化镓晶管、氮化镓功率模块等。

本文将氮化镓功率器件性能、应用体对的以及发展趋势进行详细解析。

、氮化镓功率器件性能点一的特高效率：氮化镓功率器件具很高电子迁移率使得器件工作时具较低导1. 有的，在有的通电阻从而提高了器件效率。

，的高功率密：氮化镓功率器件具较高击穿电压和较电流容量使得器件可2. 度有的大的，以较小积下承受较高功率。

在的体的高热导率：氮化镓功率器件具较高热导率利于热量传导和散发提高了器件3. 有，有的，热稳性。

的定宽带隙：氮化镓功率器件宽带隙性使其高温、高电场等恶劣环境下具较4. 的特，在有好的定稳性。

二、氮化镓功率器件应用领域的电源模块：氮化镓功率模块电源领域应用已经逐渐成熟其主要优势于提高了1. 在的，在体电源转换效率、减小了电源积、降低了热量损失等。

电力电子设备：氮化镓功率器件电力电子设备中应用主要包括变频器、逆变器、2. 在的整流器等。

氮化镓功率器件高效率、高功率密等性利于提高电力电子设备性的度特，有的能。

电动汽车：氮化镓功率器件电动汽车领域应用前景广阔主要包括电机驱动器、3. 在的，车载充电器、电池管理系统等。

氮化镓功率器件高效率、高功率密等性助于提高的度特，有电动汽车续航程、降低能耗等。

的里能源并网：氮化镓功率器件能源并网领域应用主要包括光伏逆变器、风能变4. 新在新的的度特，有新的流器等。

氮化镓功率器件高效率、高功率密等性利于提高能源并网电能转换效率、减小设备积等。

体三、氮化镓功率器件发展趋势的技术：随着科研技术不断进步氮化镓功率器件技术也不断。

例如1. 创新的，的在创新，过改进材料生技术、优化器件构设计等进步提高氮化镓功率器件性能。

通长结，一的成本降低：随着氮化镓功率器件生产模扩和技术成熟其成本也逐渐降2. 规的大的，在有在更的低。

氮化镓材料特性及AlGaN/GaN HEMT器件工作原理发布时间：2022-06-22T01:24:39.066Z 来源：《中国科技信息》2022年2月第4期作者：杨明越肖燕林春凤[导读] 具有宽带隙、高电子饱和速度和高击穿电压等良好特性的氮化镓(GaN)材料作为第三代半导体材料——宽禁带半导体材料之一杨明越肖燕林春凤中国振华集团永光电子有限公司摘要：具有宽带隙、高电子饱和速度和高击穿电压等良好特性的氮化镓(GaN)材料作为第三代半导体材料——宽禁带半导体材料之一，推动微电子领域和光电子学领域向前迈出了极为重要和有重大意义的一步，而以GaN材料制造的功率半导体器件AlGaN/GaN HEMT器件对半导体器件领域的发展也有着极其重大的影响。

本文概述了GaN材料的基本特性以及AlGaN/GaN HEMT 器件的工作原理。

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料——宽禁带半导体材料之一，具有许多良好的特性，使得氮化镓材料成为推动光电子、高温大功率器件和高频微波器件不断向前发展的重要材料。

GaN材料使得光电子学方向有了许多突破性进展。

如：蓝光LED、CW蓝光激光器、GaN紫外探测器等。

GaN材料的优势主要有以下几个方面：（1）禁带宽度比较大GaN的禁带宽度高达3.4eV，大约是第一代半导体材料Si的3倍，第二代半导体材料GaAs的2.4倍；抗辐照能力也远远大于Si和GaAs。

所以GaN基宽禁带半导体器件对于推动空间科学和技术领域的发展有着极其重要的作用。

又因为 GaN材料本征载流子浓度很低，在一定的温度范围内，能够较为精准的控制自由载流子的浓度，所以GaN基宽禁带半导体器件在高温条件下仍然具有稳定性。

（2）相对介电常数较低GaN材料的相对介电常数是9.8，比之第一代半导体材料Si低了1.6，更是第二代半导体材料GaAs低了3.3左右。

电容C与介电常数ε的关系：C=εS/4πkd，电容与介电常数成正比；所以在掺杂浓度和外加电压相同的情况下，GaN材料构成的PN结电容比Si和GaAs都小，更适用于高频。

氮化镓微波功率器件
氮化镓微波功率器件是一种利用氮化镓半导体材料制造的微波功率放大器或开关等器件。

这些器件在高频率范围内（通常在数GHz 到几十GHz之间）工作，并能够提供高功率输出。

以下是氮化镓微波功率器件的一些详细信息：
材料特性：氮化镓半导体具有优异的电子传输特性，包括高电子迁移率和高饱和漂移速度。

这些特性使得氮化镓在高频率和高功率应用中表现出色。

器件类型：氮化镓微波功率器件包括功率放大器、开关、混频器等。

其中功率放大器是最常见的应用，用于增强微波信号的功率。

而开关则用于控制微波信号的传输路径。

工作频率范围：氮化镓微波功率器件通常在数GHz到几十GHz 的频率范围内工作，适用于各种高频通信和雷达应用。

功率密度：由于氮化镓具有优异的热传导性能和耐高温性，因此氮化镓微波功率器件能够提供较高的功率密度，同时保持较低的工作温度。

功耗和效率：与传统的硅基微波功率器件相比，氮化镓微波功率器件通常具有更低的功耗和更高的效率，这使得它们在一些需要高性能和低能耗的应用中更具优势。

总的来说，氮化镓微波功率器件具有优异的性能特性，广泛应用于通信、雷达、卫星通信和军事等领域，为高频微波系统的性能提升提供了强大支持。

1。

氮化镓功率器件参数一、氮化镓功率器件概述氮化镓（GaN）功率器件是一种基于氮化镓材料制成的半导体功率器件，具有高电子迁移率、高热导率、高击穿电压等优点。

在近年来，随着氮化镓材料技术的不断发展和成熟，氮化镓功率器件已在众多领域得到广泛应用。

二、氮化镓功率器件的主要参数1.正向电压：正向电压是指器件在正向电流下所需要的电压。

氮化镓功率器件的正向电压较低，有利于提高整个电路的效率。

2.反向漏电流：反向漏电流是指在反向电压下，通过器件的电流。

氮化镓功率器件的反向漏电流较小，有助于降低功耗。

3.开关速度：开关速度是指器件在开启和关闭过程中的时间。

氮化镓功率器件具有较快的开关速度，可以减小开关损耗，提高电路的工作效率。

4.热阻：热阻是指器件散热能力与温度升高之间的阻力。

氮化镓功率器件具有较低的热阻，有利于提高器件的可靠性和稳定性。

5.负载电流：负载电流是指器件在正常工作状态下所能承受的电流。

氮化镓功率器件具有较高的负载电流能力，可以满足不同应用场景的需求。

三、氮化镓功率器件的应用领域1.高效电源：氮化镓功率器件在高效电源中的应用可以提高转换效率，减小体积和重量，降低系统成本。

2.电动汽车：氮化镓功率器件在电动汽车领域可以提高动力电池管理系统、电机控制器和充电器的性能。

3.无线通信：氮化镓功率器件在无线通信基站、卫星通信和雷达系统中具有广泛应用，可以提高设备的性能和可靠性。

4.新能源：氮化镓功率器件在新能源领域，如太阳能、风能等，可以提高转换效率，降低系统的成本和重量。

四、氮化镓功率器件的优缺点分析优点：1.高电子迁移率，有利于提高器件的开关速度和效率。

2.高热导率，有助于器件的散热和可靠性。

3.高击穿电压，提高器件的耐压性能。

4.较低的正向电压和反向漏电流，降低功耗。

缺点：1.制造成本相对较高。

2.器件的稳定性、可靠性与工艺和封装技术密切相关。

五、我国氮化镓功率器件的发展现状与展望1.发展现状：我国氮化镓功率器件产业已取得显著成果，部分企业具备了国际竞争力。

氮化镓微波功率器件
氮化镓微波功率器件是一种利用氮化镓材料制作的微波功率放大器或开关器件。

氮化镓具有优异的热稳定性、高电子迁移率和较大的饱和漂移速度，使其成为高功率、高频率微波电子器件的理想材料。

氮化镓微波功率器件可以用于各种微波应用，如通信、雷达、无线电、广播和卫星通信等领域。

它具有高功率和高频率操作的能力，能够提供更大的输出功率和较高的工作频率。

此外，氮化镓材料还具有较低的损耗和较高的工作温度能力，因此能够在各种苛刻的环境条件下工作。

一种常见的氮化镓微波功率器件是氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）。

HEMT是一种由氮化镓材料构成的场效应晶体管结构，其中氮化镓层用作电子传输通道。

HEMT具有较高的电子迁移率和较低的电子散射率，使其能够实现高功率和高频率的操作。

另一种氮化镓微波功率器件是氮化镓双极晶体管（HBT）。

HBT是一种具有双极结构的晶体管，其中氮化镓材料用于制作基区和集电区。

HBT具有高电流增益和较低的饱和漂移速度，因此适用于需要高电流增益和中等功率输出的应用。

除了HEMT和HBT之外，氮化镓还可用于制作其他类型的微波功率器件，如氮化镓基片上的谐振器、磷化铟/氮化镓混合集成电路等。

总之，氮化镓微波功率器件由于其优异的性能和能力，在微波
和射频领域具有广泛的应用前景。

它们可以提供更高的功率和更高的工作频率，同时具有较低的损耗和较高的工作温度能力，有助于推动微波和射频技术的发展和应用。

vgan氮化镓原理
VGAN是指Vertical GaN（氮化镓）器件，它是一种基于垂直结构的氮化镓半导体器件。

VGAN的原理是利用氮化镓材料的优异性能和特点，实现高性能、高效率的功率电子器件。

VGAN的工作原理如下：
1. 基本材料：氮化镓（GaN）是一种具有宽带隙的半导体材料，具有较高的电子饱和漂移速度、高电场饱和漂移速度和高电子迁移率等特点，使其适用于高功率、高频率的应用。

2. 垂直结构：VGAN器件采用垂直结构，其中包括n型和p 型的氮化镓层，以及介于两者之间的绝缘层。

这种结构可以提供更好的电流扩散和电场分布，有效降低电阻和功耗。

3. pn结构：VGAN器件中的垂直结构形成了pn结，其中n 型氮化镓层为电子提供载流子，p型氮化镓层为空穴提供载流子。

当施加适当的电压时，电子和空穴在pn结内复合，产生电流。

4. 高电子迁移率：氮化镓具有高电子迁移率，使其能够在高电场下快速传输电子，从而提高器件的开关速度和功率密度。

5. 高耐压能力：氮化镓材料的宽带隙特性使得VGAN器件具有较高的耐压能力，能够承受较高的电压，使其适用于高压应用。

总的来说，VGAN通过垂直结构和氮化镓材料的特性，实现了高性能、高效率的功率电子器件。

它在高功率、高频率应
用中具有广泛的应用前景，例如电源、电动汽车、通信设备等领域。

氮化镓功率器件结构和原理
氮化镓功率器件是一种高性能功率半导体器件。

其结构主要由底部衬底、氮化镓高电子迁移率电子（HEMT）层和金属电极组成。

底部衬底一般采用硅基底，通过化学气相沉积方法生长制备氮化镓HEMT层，其中HEMT层包括源极、漏极和门极。

源漏区域分别分布着高掺杂n型和p型区域，而门极区域则为低掺杂n型区域。

当施加正向电源，在源极与漏极形成漏电流的同时，在门极施加负偏压使电子向p型区域扩散，形成一个负电荷等效压，控制通道形成及其导电性，从而实现对漏电流的控制。

由于氮化镓HEMT材料具有高电子迁移率和高饱和电子漂移速度，使得器件具有高速响应、高功率输出等优点，逐渐成为无线通信、雷达、微波烤箱等电子领域中的重要器件之一。

中高压电力电子变换中的功率单元及功率器件的级联关键技术研究一、本文概述随着能源结构的转型和电力电子技术的飞速发展，中高压电力电子变换技术在电力系统、新能源发电、工业电机驱动等领域的应用日益广泛。

在这一背景下，功率单元和功率器件的级联关键技术成为了研究热点。

本文旨在探讨中高压电力电子变换中的功率单元及功率器件的级联关键技术，分析其研究现状、发展趋势以及面临的挑战，以期为相关领域的技术研发和应用提供参考。

本文将对中高压电力电子变换的基本概念、技术原理以及应用场景进行简要介绍，为后续研究奠定基础。

接着，重点分析功率单元和功率器件的级联关键技术，包括级联拓扑结构、均流控制策略、热管理和电磁兼容等方面的研究现状。

在此基础上，探讨级联技术在提高变换器容量、效率以及可靠性等方面的优势与局限性。

本文还将关注级联技术在应用中面临的挑战，如高电压大电流下的电磁兼容问题、热管理难题以及成本效益等。

针对这些问题，提出一些可能的解决方案和研究方向，以期推动级联技术的进一步发展。

本文将对中高压电力电子变换中功率单元及功率器件的级联关键技术进行总结，并展望未来的发展趋势和应用前景。

通过本文的研究，希望能为相关领域的技术人员和研究人员提供有益的参考和启示。

二、功率单元级联技术在中高压电力电子变换中，功率单元的级联是实现高电压、大功率输出的关键手段。

级联技术通过将多个低电压、小功率的功率单元在电气上串联或并联，从而构建出高电压、大功率的变换器系统。

这种技术不仅提高了系统的电压和功率等级，还有助于提高系统的可靠性和灵活性。

在功率单元级联过程中，需要解决的关键技术包括单元之间的均压与均流控制、热设计与管理、电磁兼容与干扰抑制等。

均压与均流控制是确保级联系统稳定运行的基础，通过合理的控制策略，使各功率单元在工作过程中保持电压和电流的均衡，避免出现过电压或过电流导致的损坏。

热设计与管理则关注于系统在工作过程中产生的热量，通过有效的散热结构和温度监控，确保功率单元在允许的温度范围内工作，防止热失效。

氮化镓微逆-回复什么是氮化镓微逆氮化镓微逆（GaN微逆），是一种新型的功率半导体器件。

它采用氮化镓材料与其他元素的复合结构，具有较强的功率处理能力和高电子迁移率。

GaN微逆主要应用于电力电子领域，可以替代传统的硅基微逆，在功率转换和控制方面有着更好的性能。

GaN微逆的特性1. 高工作频率：GaN微逆具有高频响应能力，可以在更高的开关频率下工作，使得系统更高效、更稳定。

2. 高功率密度：相比于传统的硅基微逆，GaN微逆具有更高的功率密度，即可以在更小的体积内实现更高的功率传输。

3. 低开态电阻：GaN微逆的开态电阻更低，可以减小能量损耗，提高系统效率。

4. 高电子迁移率：GaN微逆的电子迁移率约为传统硅材料的几倍，可以提供更高的载流子流动速度，减小能量损耗。

GaN微逆的应用1. 电力转换：由于GaN微逆具有更高功率密度和较低的开态电阻，可以在电力转换系统中替代传统的硅基微逆。

这种替代可以提高系统的效率，减小体积和重量。

2. 新能源领域：GaN微逆在太阳能和风能等新能源领域有广泛的应用。

通过增加系统的效率和稳定性，可以更好地利用并转化可再生能源。

3. 电动车辆：GaN微逆的高频响应能力和高功率密度使其成为电动车辆中电动驱动系统的理想选择。

它可以提供更高的功率输出，并减小能量损失，从而延长电动车辆的续航里程。

4. 无线充电：GaN微逆可以应用于无线充电系统中，通过提高转换效率和功率密度，使得无线充电更加方便和高效。

GaN微逆的发展趋势1. 集成化：随着技术的进步，GaN微逆将更加倾向于集成化设计，整合多个功能模块，减小系统体积和重量。

2. 更高的功率：研究人员正在不断努力提高GaN微逆的功率处理能力，以满足不断增长的功率需求。

3. 更高的可靠性：GaN微逆目前面临的一个挑战是其可靠性。

研究者正致力于解决GaN微逆的可靠性问题，以提高其应用范围和安全性。

4. 应用拓展：GaN微逆目前主要应用于电力电子领域，但随着技术的进步，它的应用领域将不断拓展，例如通信、航空航天等领域。

《氮化镓功率器件-2016版》POWER GaN 2016: EPITAXY AND DEVICES, APPLICATIONS, AND TECHNOLOGY TRENDS购买该报告请联系：麦姆斯咨询王懿电子邮箱：wangyi#（#换成@）氮化镓（GaN）功率器件：一个有前途的、快速增长的市场氮化镓功率器件市场持续增长，好消息不断2015~2016年氮化镓（GaN）功率器件市场一直保持增长势头，令人信心满满。

截止2014年底，尽管多家厂商发布了一些产品进展公告，但是600V / 650V氮化镓高电子迁移率场效晶体管（HEMT）的商业可用性还存在问题。

快到2016年时，终端用户不仅可以从Effcient Power Conversion公司购买到低压（小于200V）氮化镓器件，也可以从Transphorm、GaN Systems和Panasonic等公司购买到高压（600V / 650V）氮化镓器件。

另外，2016年3月初创公司Navitas Semiconductor发布了氮化镓功率IC，随后Dialog Semiconductors于2016年8月发布了氮化镓功率IC。

还有一些厂商也想将氮化镓从功率半导体引入更大的模拟IC市场。

例如，Effcient Power Conversion公司和GaN Systems公司都在研发一个更加集成化的解决方案，模拟IC领头羊——德州仪器（Texas Instruments）已经涉足氮化镓领域，并在2015年和2016年分别发布了80V功率级和600V功率级产品。

尽管有上述令人振奋的产业发展，但是相比巨大的硅基半导体市场（3350亿美元），氮化镓功率器件市场仍显得很小。

事实上，根据Yole调研数据显示，2015年氮化镓功率器件市场低于1000万美元。

但是，请再三打量“氮化镓”，它刚刚在市场上抛头露面，所以目前的市场规模是合理的。

首个氮化镓器件直到2010年才实现商用，可见氮化镓行业才仅仅6岁。

氮化镓（GaN）基半导体材料及器件一、项目背景资料介绍1、第三代半导体氮化镓（GaN）晶体当今世界，被誉为IT产业发动机的半导体产业已诞生了以氮化镓（GaN）及其合金材料为代表的第三代材料，第一代和第二代半导体分别以硅和砷化镓为代表，而第三代半导体则以氮化镓（GaN）及其合金材料为代表。

国内外都对该领域投入了大量的研究，美国和日本现已掌握生产纯蓝和纯绿光的氮化镓（GaN）基材料的生长工艺。

我国已在实验室生产出氮化镓（GaN）基蓝色发光材料，目前正在进行产业化生产方面的研究。

2、氮化镓（GaN）基材料特点以氮化镓（GaN）基材料为代表的III-V族宽带隙化合物半导体材料，内、外量子效率高，具有高发光效率，高热导率，耐高温，抗辐射，耐酸碱，高强度和高硬度等特性，是目前世界上最先进的半导体材料。

氮化镓（GaN）基材料可制成高效蓝、绿光发光二极管和激光二极管LD（又称激光器），并可延伸到白光，将替代人类沿用至今的照明系统。

氮化镓（GaN）基材料还将带来IT行业存储技术的革命。

3、蓝色发光二极管（LED）发光二极管是一种将电能转化为光能的发光器件，是在半导体P-N结、双异质结或多量子阱结构上通以正向电流时发出红外光、蓝光或紫外光等可见光的器件。

目前红、普绿、黄、橙黄等发光二极管的技术已经成熟而且已经产业化，构成全彩色的三原色光分别为RGB（Red、Green、Blue），即纯红光、纯绿光、纯蓝光，而纯绿、纯蓝发光二极管是长期困扰该行业的难题。

蓝色发光二极管制作工艺上可分为三步：（1）发光晶体（上游产品）--氮化镓（GaN）基材料制作；（2）管芯（中游产品）制作；（3）管芯的封装。

而从上游产品--氮化镓（GaN）基材料到中游产品--蓝、绿发光二极管LED和激光二极管LD（又称激光器）之间存在着很高的技术壁垒。

4、国外对蓝色发光二极管的研究和生产九十年代中期以来，氮化镓（GaN）基材料及其合金在材料制备和发光器件制作等方面取得重大技术突破，成了全球半导体研究领域的前沿和热点。

GN012 应用手册氮化镓半导体功率器件门极驱动电路设计更新于2021/02/04 GaN Systems Inc.门极偏置电压GaN SystemsGaN E-HEMT Si MOSFETIGBT SIC MOSFET 最大额定值-20/+10V-/+20V-/+20V-8/+20V典型门极偏置电压0 or-3/+5-6V 0/+10-12V 0 or -9/+15V -4/+15-20V与硅MOSFET 的共同点▪真正的增强型器件（常闭型器件）▪电压驱动▪只需提供门极漏电流I GSS▪能够通过改变R G 控制开关速度▪与与大部分Si MOSFET 驱动芯片兼容与硅MOSFET 的差异▪极低的Q G : 更低的驱动损耗; 更快的开关速度▪更大的跨导和更低的V GS : 仅需+5-6V 门极偏置电压即可接通元件▪更低的V G(th):典型值为1.5V相比其他增强型GaN 器件▪门极更加可靠: -20/+10V 最大额定值▪无需直流电流驱动门极▪门极结构简单，无二极管/PN 节C ISS = C GD +C GS易于驱动的GaN 功率器件技术门极驱动器结构隔离/非隔离备注Si8271单管隔离独立开通/关断引脚Si8273/4/5半桥隔离死区时间可调ADuM4121ARIZ 单管隔离内部米勒钳位ACPL-P346单管隔离内部米勒钳位HEY1011单管隔离集成驱动供电NCP51820半桥非隔离自举电压调节可编程电源电流和可调过•GaN Systems 的GaN HEMTs 与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD )高于+6V(推荐的GaN 开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD -6)V, 具体请参考第7页•建议V DD ≤12V常用方案:门极驱动器结构开通/关断引脚是否独立自举电压调节备注NCP51810半桥是否高速uP1966A 半桥是是通用应用LMG1205半桥是是通用应用MDC901半桥是是大电流•GaN Systems 的GaN HEMTs 与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD )高于+6V(推荐的GaN 开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD -6)V, 具体请参考第7页•建议V DD ≤12V常用方案:拓扑结构控制器描述反激-适配器-充电器-其他小功率AC/DC NCP1342650V, QR谐振UCC28600600V,QR谐振NCP1250650V, 固定频率控制同步buck DC/DC(48V/12V)LTC7800 60V, 带同步整流控制, 频率可达2.2MHz集成驱动的GaN控制芯片•GaN Systems的GaN HEMTs与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD)高于+6V(推荐的GaN开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD-6)V, 具体请参考第7页•建议V DD≤12V常用方案:集成驱动的GaN控制芯片–续上拓扑结构控制器备注LLC-适配器-充电器-平板显示器-工业电源NCP13992600V, 电流模式控制NCP1399600V,电流模式控制UCC256404600V, 优化burst mode, 低噪音和低待机功耗UCC256301600V, 混合滞环控制模式, 低待机功耗, 宽工作频率范围PFC-PC电源-家用电器-LED 驱动NCP1615 /NCP1616700V, 临界导通工作模式UCC28180频率可设置, 连续电流工作模式, 无需检测AC 高压PFC + LLC HR1203700V, 连续/断续电流多种功率因素校正控制模式, 死区可调及带有burst mode功能的LLC控制•GaN Systems的GaN HEMTs与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD)高于+6V(推荐的GaN开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD-6)V, 具体请参考第7页•建议V DD≤12V常用方案:驱动电路分类单管驱动隔离0V V GS(OFF)隔离单管驱动电路负V GS(OFF)EZDrive®使用分压电路数字隔离芯片+ 非隔离驱动芯片非隔离0V V GS(OFF)负V GS(OFF)EZDrive®半桥/全桥驱动隔离使用两个单管隔离驱动非隔离0V V GS(OFF)自举驱动负V GS(OFF)自举驱动+ EZDrive®GaN 并联应用GaN HEMT 并联的驱动电路单管GaN →隔离→0V VGS(OFF) →隔离单管驱动电路+VINGNDN C+VO0V 12458PWM VCC+5VDRAINSOURCEGATE9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u0.1u1u2.2u 10010210k2VI GNDI ENVDD VO+GND31SI8271GB-IS65847VDDI VO-VDD_6VCM0.1u22pGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBVDD_6V+9VISO3.3k+VIN GNDN C+VO0V 12458IN+VCC5V DRAINSOURCEGATE9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u1u2.2u10010010kVDD6VCMGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBVDD6V+9VISO2VDD1VIN-GND1VDD2VOUT GND231ADUM4121ARZ65847VIN+CLAMP 100IN-00.1u •在低电压，低功率，或对死区损耗敏感的应用中，可使用0V V GS(OFF)•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例一: 开通/关断通道互相独立的驱动电路(SI8271)例二: 开通/关断共通道的驱动电路(ADUM4121)+VINGNDN C+VO0V 12458PWM VCC+5VDRAINSOURCEGATE 9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u0.1u1u10010210k2VI GNDI ENVDD VO+GND31SI8271AB-IS65847VDDI VO-CM0.1u22p3.3k+9V+9V10k47n5.6V 5.6V单管GaN →隔离→负V GS(OFF)→EZDrive®•负V GS 电压由图中47nF 电容提供•与自举电路兼容•应用范围1kW ~ 100kW•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例:SI8271 EZDrive ®电路(V GS =+6V/-3V)+VINGNDN C+VO0V 12458PWM VCC+5VVDDVEEDRAINSOURCEGATE9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u 0.1u1u1u 10010210k2VI GNDI ENVDD VO+GND31SI8271AB-IS65847VDDI VO- 2.2k1k1u1u 5.8VVEEVDDCM0.1u22p3.3k单管GaN →隔离→负V GS(OFF)→使用分压电路•负V GS 电压由分压电路产生(5.8V 齐纳管和1kOhm 电阻)•可靠且易于PCB 布局•应用范围：1kW ~ 100kW•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例:带有分压电路的SI8271驱动电路(V GS =+6V/-3V)单管GaN →隔离→负V GS(OFF)→数字隔离芯片+ 非隔离驱动芯片•以兼容非隔离驱动芯片，提高驱动输出电流能力•大功率应用: 如电动汽车马达驱动，光伏逆变器等•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例: SI8610 (数字隔离芯片) + UCC27511(非隔离驱动芯片) (V GS =+6V/-6V)INHIBIN OUT GND1325LD2980ABM50TR+VINGNDN C+VO0V 124582VDD1NC GND1VDD2NC GND231SI8610BC-B-IS65847PWMVCC+5V5VISO5VISO+6VVDD 10u4.7u 4.7u1u 0.1u0.1u10010012V ISO DC-DCCM+6VDRAINSOURCEGATE11010k5GND IN-IN+OUTL OUTH VDD 16432UCC27511DBVR2.2k1k1u 1u6V-6V-6V-6V -6VGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBPWMVDD+6V+6VDRAINSOURCEGATE1011010k1u2.2u4.7u5GND IN-IN+OUTLOUTH VDD 16432UCC27511DBVR单管GaN →非隔离→0V V GS(OFF)•单端应用(Class E, 反激, 推挽电路等)•或跟数字隔离器一起用于驱动高边浮地的开关管（如第11页所示）例:UCC27511驱动电路(V GS =+6V/0V)PWMVDD+9V+9VDRAINSOURCEGATE1011010k1u2.2u2.2u5GNDIN-IN+OUTLOUTHVDD16432UCC27511DBVRVIN VOUTGNDUA78L09AC10k47n5.6V5.6V单管→非隔离→负V GS(OFF)→EZDrive®•负V GS电压由47nF电容提供•与自举电路兼容•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例:UCC27511 驱动电路(VGS=+6V/-3V))更多关于GaN EZDrive®的信息, 请参考GN010: https:///半桥/全桥→0V V GS(OFF)→自举•小功率应用•选用低C J，反向恢复时间短的自举二极管例:NCP51820 自举驱动电路(V=+6V/0V)GS半桥/全桥→负V GS(OFF)→自举+ EZDrive®•负V GS电压由47nF电容提供•可通过外部驱动电阻调节开关速度来优化EMI•适用于小功率应用例:NCP51530 带有EZdrive®的自举驱动电路(V=+6V/-3V)GSGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBPWMVDD+6V+6V1011010k1u2.2u4.7u5GND IN-IN+OUTL OUTH VDD 16432UCC27511DBVRDRAINSOURCE1111GATEGATE7HBHOH HS6LM5113HOL 34251091LOL LOHVDD VSS HI LI8101011VIN100k100kGGDDS S1u6VPWM1H PWM1L1u1uGND11111111GDDSS G 并联GaN HEMT 的驱动电路•并联GaN HEMTs 时, 需在门极和源极（Kelvin Source ）分别加一个1ohm 电阻(如下红色标示)例:UCC27511 非隔离驱动电路(V GS =+6V/0V)例:半桥自举驱动电路(V GS =+6V/0V)附录电压?▪什么时候需要负VGS(OFF)的关系▪关断损耗与VGS(OFF)▪V GS(OFF)与零电压开通临界值以及死区损耗的关系▪关断损耗与死区损耗之间的权衡什么时候需要负V GS(OFF)电压?▪负VGS(OFF)电压可增强噪声抗扰▪负VGS(OFF)电压可降低关断损耗，特别是在大电流情况下▪但是死区损耗随负VGS(OFF)电压的增大而增大(更多信息请参考应用手册GN001的第8页)▪选择VGS(ON)时，需权衡关断损耗和死区损耗。

氮化镓（GaN）功率器件的特点、应用及发展现有硅功率器件已经达到了理论极限，而第三代半导体材料中氮化镓材料的基础参数更加优异，也将具有更大的发展空间。

本文从GaN功率器件的基础参数分析其特点和优势，列举其在消费类电源和电动汽车领域的应用，最后阐述现有国家政策和国内产业链发展情况。

标签：氮化镓（GaN）;消费类电源;电动汽车;新基建。

随着硅功率MOSFET技术的不断发展，其参数达到了硅基器件的理论极限。

而作为第三代半导体材料中的SiC和GaN为原材料的功率器件则是优良的升级品。

本文主要对GaN功率器件的特点、应用和发展进行论述。

由表1得出GaN材料的特性包括禁带宽度大、临界击穿电场高、电子迁移率较高、饱和漂移速度高及导热率大。

高的禁带宽度意味着具有较低的本征泄露电流和较高的工作温度。

在相同击穿电压下，GaN材料的高临界击穿电场可以使漂移区厚度可以比硅器件小1/10左右，体积更小，寄生参数更小。

理论导通电阻与偏移区厚度成正比，与电子迁移率成反比。

所以，较小的偏移区厚度和较高的电子迁移率可以使导通电阻进一步降低。

高饱和漂移速度，说明更适合高频工作。

导热率越大，说明其传递热量的能力越强，则更适宜于高温环境[1]。

综合以上分析可知，第三代宽禁带GaN材料具有开关速度快，导通电阻低，尺寸小，耐高温等特点，所以GaN功率器件适合高频、高温、高效率的应用环境，能够有效减小系统尺寸，提高功率密度，并最终降低系统成本。

二、氮化镓功率器件的应用1.消费类电源的应用目前，手机和电脑已成为生活的必需品，而配套电源充电器也随之升级换代。

在2018年11月6日，联想发布了thinkplus口红电源，标准功率输出65W，兼容绝大多数Type-C供电的电脑和手机。

在2019年9月17日，OPPO发布了一款标配65W的GaN快充充电器。

这也是第三代半导体GaN材料首次应用于手机原装快充充电器。

在2020年的1月7日到1月10日的CES2020展会上，共有约30个厂商推出60多款GaN快充产品。