GaN和SiC器件或将成为功率转换应用中的新型解决方案.doc
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1、GaN和SiC器件或将成为功率转换应用中的新型解决方案Maurice Moroney 市场经理 ADI公司基于碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等材料的新型功率开关技术的出现促使性能大幅提升,超越了基于MOSFET和IGBT技术的传统系统。更高的开关频率将减小元件尺寸,从而减小成本、系统尺寸和重量;这些是汽车和能源等市场中的主要优势。新型功率开关还将促使其控制元件发生变化,其中包括栅极驱动器。本文将探讨GaN和SiC开关与IGBT/MOSFET的一些主要差异,以及栅极驱动器将如何为这些差异提供支持。多年来,功率输出系统的功率开关技术选择一直非常简单。在低电压水平(通常为600 V以下),通常会
2、选择MOSFET;在高电压水平,通常会更多地选择IGBT。随着氮化镓和碳化硅形式的新型功率开关技术的出现,这种情况正面临威胁。这些新型开关技术在性能方面具有多项明显优势。更高的开关频率可减小系统尺寸和重量,这对太阳能面板等能源应用中使用的光伏逆变器以及汽车等目标市场非常重要。开关速度从20 kHz提高至100 kHz可大幅减小变压器重量,从而使电动汽车的电机更轻,而且还能扩大太阳能应用中所用的逆变器的范围,减小其尺寸,从而使其更适合国内应用。另外,更高的工作温度(尤其是GaN器件)和更低的开启驱动要求还可简化系统架构师的设计工作。与MOSFET/IGBT一样,这些新技术(至少在初始阶段)看起来
3、能够满足不同的应用需求。直到最近,GaN产品通常还处于200 V范围内,尽管近年来这些产品已经飞速发展,并且出现了多种600 V范围内的产品。但这仍然远不及SiC的主要范围(接近1000 V),这表明,GaN已自然而然地取代了MOSFET器件,而SiC则取代了IGBT器件。既然超结MOSFET能够跨越此鸿沟并实现最高达900 V的高电压应用,一些GaN研发开始提供能够应对电压在600 V以上的应用的器件,这完全不足为奇。然而,虽然这些优势使得GaN和SiC功率开关对设计人员极具吸引力,但这种好处并非毫无代价。最主要的代价是成本提高,这种器件的价格比同等MOSFET/IGBT产品高出好几倍。IG
4、BT和MOSFET生产是一种发展良好且极易掌握的过程,这意味着与其新对手相比,其成本更低、价格竞争力更高。目前,与其传统对手相比,SiC和GaN器件的价格仍然高出数倍,但其价格竞争力正在不断提高。许多专家和市场调查报告已经表明,必须在广泛应用前大幅缩小价格差距。即使缩小了价格差距,新型功率开关也不太可能立即实现大规模应用,甚至从长期预测来看,传统开关技术也仍将在未来一段时间内继续占据大部分市场。除纯成本和财务因素外,技术因素也会有一些影响。更高的开关速度和工作温度可能非常适合GaN/SiC开关,但是它们仍然会为完成功率转换信号链所需的周边IC支持器件带来问题。隔离系统的一种典型信号链如图1所示
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- GaN SiC 器件 成为 功率 转换 应用 中的 新型 解决方案
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