GaN功率開關器件替換Si基MOSFET器件在高頻電源中的應用，并非簡單意義上的直接替換。GaN基電源最大的特點是將電源工作頻率提高數(shù)十倍，然而，工作頻率的提高會帶來嚴峻的噪聲處理問題。另一方面，GaN器件閾值電壓低、抗噪聲能力弱，且存在固有的物理缺陷，可靠性問題同樣備受關注。

 

9月13-14日，“2021中國（南京）功率與射頻半導體技術市場應用峰會（CASICON 2021）”在南京召開。本屆峰會由半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、第三代半導體產(chǎn)業(yè)主辦，并得到了南京大學、第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的指導。

 

會上，南京工業(yè)職業(yè)技術大學雷建明博士做了題為“GaN功率開關器件及其高頻電源應用”的主題報告，報告從器件、驅(qū)動、控制、拓撲電路等方面全方位介紹針對性解決方案，重點討論新型器件工藝與結構、矩陣式高頻平面變壓器、智慧監(jiān)管三大核心技術，旨在實現(xiàn)超輕薄高頻電源，并基于該目標基礎上，進一步提出可能的提升產(chǎn)品效率和工作可靠性方案。

 

報告中分享指出，設計集成反并二極管的功率開關器件，并引入插入層使器件內(nèi)部電場平坦化，同時將峰值電場由器件體材料內(nèi)部轉(zhuǎn)移到鈍化層中，可同時提高器件的反向?qū)ㄌ匦砸约皳舸┨匦?，使器件反向損耗下降近60%，擊穿特性由傳統(tǒng)280V提升到650V。

 

設計矩陣式高頻平面變壓器，采用自重組技術使多個變壓器串并聯(lián)代替單個變壓器，減小單個變壓器的承載功率，降低變壓器高度達30%以上，實現(xiàn)超薄目標。

 

相較傳統(tǒng)方式通過設計和加速實驗來固化電源壽命，報告采用BIT多點監(jiān)測技術，融入可靠性和壽命認知算法及評價模型創(chuàng)建智慧監(jiān)管系統(tǒng)，填補電源產(chǎn)品可靠性與壽命實時在線監(jiān)管空白。開發(fā)了高功率密度PD協(xié)議充電器系列、LED屏電源系列和6.6kW高鐵輔助電源等產(chǎn)品。

 

以400W顯示屏電源為例，相比傳統(tǒng)產(chǎn)品，通過采用改進方案后，其工作效率提升了3.5%，達到93.5%；功率密度提升1倍，達到2.3W/cm3；高度減少了30%，薄至20mm；同時具備可靠性與壽命實時監(jiān)管功能。