英嘉通TO系列氮化镓功率器件在大功率电源的应用介绍

充电头网编辑部充电头网 2023-04-17

2023年3月16日，2023（春季）亚洲充电展在深圳成功举办，展会同期还举办了2023（春季）全球第三代半导体产业峰会，并邀请了15位行业大咖现场与大家探讨第三代半导体，对氮化镓、碳化硅的应用技术以及产业的未来发展进行探讨和分享。

苏州英嘉通半导体有限公司功率应用副总监刘亮先生为大家带来《氮化镓功率器件在大功率电源的应用介绍》主题演讲，主要介绍了D-mode/CASCODE结构氮化镓器件的优势，以及英嘉通此类产品的信息。

刘亮先生现任苏州英嘉通半导体有限公司功率应用副总监毕业于长江大学自动化专业；8年开关电源设计以及应用相关经验,曾负责多种不同功率和拓扑的开关电源产品设计到量产，相关经验丰富。

英嘉通半导体有限公司成立于2019年2月，位于深圳南山区科技园和苏州相城区高铁新城。公司组建了一支由华为、中兴、国内外知名公司工作多年的团队，在功率半导体领域深耕十多年，具有坚实的芯片设计能力及丰富的半导体产品销售经验。

英嘉通着力于D-mode/CASCODE氮化镓器件设计，目前已推出多款成熟的650V氮化镓功率产品，器件成本竞争优势明显，技术种类齐备，已经得到市场广泛的认可，为不同的功率应用场景提供最简单、经济、高效的解决方案。

英嘉通GaN家族的多种器件类型能够满足不同的客户设计需求，基于英嘉通GaN系列的PD快充方案和适配器方案，具有高功率密度、高效率、低成本、低待机功耗等特点，功率应用范围涵盖5W至300W，性能参数比肩现有商用氮化镓功率器件。

氮化镓功率器件在大功率电源上的应用离不开经典QR和PFC拓扑结构，在这些应用上，氮化镓功率器件相较传统硅MOS，在导通、驱动、关断、电容等方面的损耗表现更好。

氮化镓较低的Coss降低结电容充放电损耗，较低的Qg(主要是米勒电容）降低开关交越损耗，并且在高压输入条件下体现的尤其明显。

此外LLC拓扑架构在大功率产品上的应用也非常多，在此应用上氮化镓功率器件整体也有优势。如氮化镓较低的Coss可以减小死区时间，提高效率；较低的Qrr降低反向恢复损耗。

氮化镓相对传统硅器件性能优势如图，品质因数 RON * QG 同时涵盖了导通损耗及开关损耗，GaN器件相比于Si MOS高出10倍以上。

英嘉通氮化镓功率器件主要是D-mode/CASCODE结构，相较E-mode氮化镓器件，直接兼容 12V/5V 电源芯片，在MOS管驱动控制方面相应比较简洁。同时CASCODE以硅器件为栅极，阈值电压高（1.7V以上或者3.5V），可调范围大，应用安全，不易受干扰。

此外CASCODE栅极耐压范围大(±20V/±30V)，栅极驱动余量大，可靠性好，无需栅极钳位电路，且不需要负压关断。由于栅极可靠性好，可以采用散热更好的TO 封装形式，在高功率应用有很大优势。

英嘉通针对D-mode氮化镓器件的应用特点，推出以蓝宝石基氮化镓为基础的650V级联器件。

包括TO系列，DFN系列，覆盖12W-500W功率范围应用。

其中TO系列业内首创，pin-to-pin完全兼容，原位替代，和传统氮化镓企业差异化竞争，

直接渗透到传统硅MOS市场，用户导入风险也比较小。

相较DFN贴片封装的氮化镓器件来说，英嘉通TO220F封装氮化镓器件的好处显而易见。即散热处理容易，直接使用传统散热器，无需手工焊接散热片；插件器件使用单面板PCB，红胶制程，生产成本低廉；封装通用，缺料时容易直接替换。如ATX电源、电源适配器等应用中，只需进行相应的器件替换以及进行可靠性测试等即可，十分简单方便。

英嘉通GaN TO封装产品实现业内首家原位替换Si MOS，导阻从30mΩ-1400mΩ，英嘉通目前拥有近10款型号产品可供客户选择，并且基本都已实现量产。

2022年10月推出4款650V大功率TO247/TO220F封装氮化镓器件IGC6C030D/IGC6C040D/IGC6C075DF/IGC6C120DF，针对工业级应用，pin-to-pin原位替代硅MOS，兼容SiC MOSFET。

英嘉通 TO252 封装氮化镓产品，适合低功率的应用场合，如适配器和传统开关电源等。和传统Si MOS一样，Vth典型值3.5V，具有高可靠性，使用更稳定。同时其它方面表现更好，可以兼容12V驱动，更容易搭配；品质因数优于业内顶尖coolmos产品，竞争优势明显，更低的开关损耗。

英嘉通 TO220F 封装氮化镓产品，容易应用在单面板PCB上，散热处理简单，在适配器/充电器/ATX电源/传统中低功率开关电源上能广泛使用。

英嘉通TO封装氮化镓MOS关断损耗测试。

传统Si MOS关断损耗测试。相同条件下实测英嘉通TO封装氮化镓MOS较Si MOS关断损耗低12%左右。

除了TO252/TO220封装氮化镓器件外，英嘉通也有针对PD快充市场进行全面的布局，推出DFN8*8和DFN5*6氮化镓产品，目前均已批量出货。

英嘉通基于IGC6011/6021S设计的120W PD快充，采用公模外壳，外壳尺寸75*75*27ｍｍ，体积小巧。充电器采用PFC+LLC拓扑，其中PFC采用1颗 IGC6011(DFN8*8)，LLC采用2颗IGC6021S(DFN5*6)，电源采用固定电压输出，搭配三路小板独立降压，用于四个接口的快充输出。支持常用的快充协议，整机温升较低，AC/DC峰值效率达到95%。

英嘉通目前推出的氮化镓功率器件通过了行业JEDEC可靠性标准，同时也通过了英嘉通自己做的HTRB等实验，可靠性有保证。

英嘉通半导体同步开通了中英文网站www.ingacom-semi.com，欢迎合作伙伴登录网站提出建议和指导，英嘉通始终坚持给客户提供最优质的产品和服务。