【产品】EPC新型200V eGaN FET的性能相比传统Si MOSFET提高了一倍

2020-11-04 EPC
eGaN FET,氮化镓增强型功率晶体管,EPC2215,EPC2207

EPC推出新型200V eGaN FETs(氮化镓增强型功率晶体管),相比于传统的硅功率MOSFET的性能提高了一倍。新的第五代设备的尺寸仅为上一代产品的一半,第四代产品与第五代产品的结构对比如图1所示,相比于第四代增强型功率晶体管,第五代增强型功率晶体管的栅电极和源电极之间的距离有所减小,金属层的厚度增加。这些改进,加上许多其他下图未显示的改进,使新一代FET的性能提高了一倍。

图1 第四代与第五代氮化镓增强型功率晶体管的结构对比如图


EPC2207EPC2215的相关参数以及与第四代产品的比较如下表所示。与EPC2010C的5.8 mm²相比,EPC2207为2.6 mm²,但EPC2207具有更低的RDS(on)、更低的QG、QGD和更低的QOSS

图2、第四代与第五代器件性能对比


为了说明与硅功率MOSFET相比的显著性能优势,图3将第四代和第五代eGaN FET与基准硅器件英飞凌的IPT111N20NFD进行了比较。EPC2215的RDS(on)降低了33%,但尺寸却缩小了15倍。采用新技术后,栅极电荷(QG)小了6倍多,而且与所有eGaN FET一样,没有反向恢复电荷(QRR),可实现更低失真的D类音频放大器以及更高效的同步整流器和电机驱动。EPC2215与硅晶体管IPT111N20NFD的参数比较:

图4中的性能图进一步证实了新一代200V eGaN FET的优势:所示为英飞凌200V MOSFET基准器件、老一代EPC2034C和第五代EPC2215之间的比较。EPC2215尺寸只有老一代EPC2034C的60%,但性能却比老一代EPC2034C更好,而Si MOSFET的性能明显逊色。

图4、EPC2215、EPC2034C、IPT111N20NFD的性能比较图


对于这些新一代eGaN FET器件,一个常见的问题是它们在工作中的散热效果如何。由于采用了芯片级封装,热效率远高于封装中的同类硅器件。作为一个例子,图5中是一个4mm²的eGaN FET,显示出4°C/W的热阻,器件中的功率为6W。为了清晰起见,文中展示的是模拟图像,但该器件的实际能力是通过实验证实的。

图5、4mm氮化镓晶体管的仿真热图像


氮化镓晶体管的应用

·D类音频

·同步整流

·太阳能大功率点跟踪器

·DC-DC转换器(硬开关和谐振)

·多电平高压转换器


价格方面,新一代200V氮化镓晶体管与硅增强型功率晶体管相近。


图6是仅使用六个EPC2215器件的2.5kW、四级图腾柱的功率因数校正。通过堆叠额定200V氮化镓晶体管,该功率因数校正的输入电压可以达到400 V,效率高达99.25%(如图7所示)。

图6、使用六个EPC2215器件的2.5kW、四级图腾柱的功率因数校正

图7、图6中系统的效率与负载功率的关系


EPC的第五代氮化镓增强型功率晶体管以更小的体积、更高的热效率以及适当的成本实现了更高的性能。除了文中介绍的降压转换器和四级图腾柱的功率因数校正以外,这些新一代200V eGaN FETs(氮化镓增强型功率晶体管)还非常适合49V输出的同步整流和d类音频应用。

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