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1、Transphrom 氮化镓氮化镓FET(HEMT) 1 HEMT: High Electron Mobility Transistor 氮化镓氮化镓MOSFET (600VDC, 能承受周期为1uS,100nS的连续的方波,保证750V) Part NumberPackageVoltage (V)Current (A)Ron(Ohm)Description TPH3245ED 下载TPH3245ED 下载QFN 5*675060.5背部金属接背部金属接D极极 TPH3002LD 下载TPH3002LD 下载QFN 8*875090.29背部金属接背部金属接D极极 TPH3002LS 下载TP
2、H3002LS 下载QFN 8*875090.29背部金属接背部金属接S极极 TPH3002PD 下载TPH3002PD 下载TO-22075090.29背部金属接背部金属接D极极 TPH3002PS 下载TPH3002PS 下载TO-22075090.29背部金属接背部金属接S极极 TPH3006LD 下载TPH3006LD 下载QFN 8*8750170.15背部金属接背部金属接D极极 TPH3006LS 下载TPH3006LS 下载QFN 8*8750170.15背部金属接背部金属接S极极 TPH3006PD 下载TPH3006PD 下载TO-220750170.15背部金属接背部金属接
3、D极极 TPH3006PS 下载TPH3006PS 下载TO-220750170.15背部金属接背部金属接S极极 TPH3205WS 下载TPH3205WS 下载TO-247750370.063背部金属接背部金属接S极极 氮化镓氮化镓FET HEMT 1,氮化镓与传统的硅氮化镓与传统的硅MOS不一样，体内没 有形成 不一样，体内没 有形成PN结，即没有体内二极管结，即没有体内二极管 2，D,S间的导体是通过中间的电子层导 通，双向可导通，即常开 间的导体是通过中间的电子层导 通，双向可导通，即常开/Normally On 3，当，当G极加负压时极加负压时D,S间关断。实际应用 不方便（需加负压
4、） 解决的办法，就是在体内串加一个 间关断。实际应用 不方便（需加负压） 解决的办法，就是在体内串加一个30V的 低压 的 低压MOSFET解决解决0V关断关断5V导通，因此 成品体内实际有两个管子 导通，因此 成品体内实际有两个管子 硅MOS氮化镓 硅材料的垂直结构使得P/N结存 在即必然有慢速的寄生二极 管，同时D极只能在最下方 氮化镓是采用水平结构氮化镓是采用水平结构,通过电 子层导通没有形成 通过电 子层导通没有形成P/N结，同时 最下方是衬底 结，同时 最下方是衬底 硅，氮化镓硅，氮化镓FET的结构的结构 1，氮化镓的开关速度很快，氮化镓的开关速度很快，dv/dt超超100v/nS.
5、 2，氮化镓体内是有，氮化镓体内是有SI+GaN两两FET组成。相互的连线必然存在一定的寄生电感组成。相互的连线必然存在一定的寄生电感. 这些需要我们在布线的时候要尽可能地靠近以尽可能减少因走线带来的寄生参数这些需要我们在布线的时候要尽可能地靠近以尽可能减少因走线带来的寄生参数 GaN,Si FET在开通，关断速度对比在开通，关断速度对比 (Layout上注意上注意) 氮化镓氮化镓FET与与CoolMosfet对比对比 ParametersIPA60R160C 6 TPH3006PS Static VDS600V 25 C 600V (spike rating 750V) RDS(25 C)0
6、.14/0.16 ohm 0.15/0.18 ohm Qg75 nC6.2 nC Qgd38 nC2.2nC Dynamic Co(er)66 pF 156 pF 1 Co(tr)314 pF 1110 pF 1 Reverse Operation Qrr8200 nC 2 54 nC 3 trr460 ns 230 ns 3 1 VGS= 0V, VDS= 0 480V 2 VDS= 400V, IDS= 11.3A, di/dt = 100A/s 3 VDS= 480V, IDS= 9A, di/dt = 450A/s 更低的驱动损耗，100mA驱动电流即 可 更低的米勒效应/更低的开关损
7、耗 更小的反向恢复损耗 等同Rds(on)对比 更小的死区时间 GaN 与与Si在电路上的对比在电路上的对比 硅材料硅材料MOSFET/ Cool Mos 氮化镓材料氮化镓材料MOSFET -HEMT MOSFET发热源: 1,Rds(on)损耗, 2, 开关损耗（硬开关模式CCM), 3,体内二极管反向续流损耗, 4,死区损耗(软开关模式,DCM). 氮化镓MOS发热源: 1,Rds(on)损耗 较低的开关损耗和反向续流二极管 损耗. 米勒电容很小 超低的结电容保证较小的死区损耗. 氮化镓无体内二极管 但有二极管特性 氮化镓无体内二极管 但有二极管特性 t (s) Vs(V) DT 400n
8、S t (s) Vs(V) Ipr(A) DT 120nS 开关损 耗对比 死区损 耗对比 Transphorm GaN FET允许允许750V的的100nS连续的连续的Spike 750V 900V MOSFET D.U.T. 3M VG + - VDS Pulse Width 1uS Duty Ratio = 0.1 Fig. 1 Spike Voltage Test Circuit 3 不同批次, 77 通过测试 通过功率器件的JEDEC标准 频率10KHz,占空比10%的750V耐压（即100nS可重复的spike电压） 氮化镓器件能将设计最简单化氮化镓器件能将设计最简单化 PFC S
9、witching Conditions V in = 220v dc V out =400v dc Frequency = 100kHz, 400w Uses TPS2012PK; lowest loss 600v/6A GaN diode Boost converter efficiency = 99.2% Boost design using Transphorms GaN MOSFET and GaN Diode producing 99% efficiency and using fewer components 用传统用传统COOL-MOSFET 或一般或一般 MOSFET，需加，需
10、加Snubber吸收电路。 此电路有几 吸收电路。 此电路有几W的损耗掉了的损耗掉了 + VOUT D S G L1 C1 D1 + VIN L1 Q1 Q1 CS1 L1 CS2 DS1 C1 L1 D1 LS + + VIN DS2 Efficiency (%) Loss (W) Pout(W) 一般测试效率为一般测试效率为97-98%较多 一旦换成氮化镓 较多 一旦换成氮化镓MOSFET，效率达，效率达99.2% 损 耗 损 耗 氮化镓氮化镓MOS在实际电路上的应用在实际电路上的应用 CCM/硬开关硬开关 硬开关电路中，损耗主要来自于以下硬开关电路中，损耗主要来自于以下 1，Rds(on
11、)导通损耗导通损耗 2，开关损耗，开关损耗 3，体内慢速二极管的续流损耗，体内慢速二极管的续流损耗 4，Snubber吸收电路的损耗吸收电路的损耗 Coolmosfet 199C3+SiC二极管Coolmosfet 199C3+SiC二极管 左边等同Rds(on)的氮化镓，其余材料不变左边等同Rds(on)的氮化镓，其余材料不变 右边 工作频率: 63K工作频率： 750K 等同效率 400W PFC板 面积5x5面积 3x3 右边 工作频率: 63K工作频率： 750K 等同效率 400W PFC板 面积5x5面积 3x3 在保证效率一样的情况下 频率提高了10倍。其它材质保持不变。 体积变
12、小一半以上 Coolmos换成氮化镓，唯一的一个器件成本上升，其 它器件成本均下降 电路应用电路应用 CCM电路电路/硬开关硬开关 Cool-mos C3的开关波形氮化镓的开关波形 氮化镓的米勒效应比Cool-Mos的好很多。很小振荡，相应的开关损耗及EMI会 好 氮化镓体内没有寄生二极管，在续流方面点在优势。 Mail: hz021 Tel:+86-135o1775977 电路应用电路应用 CCM电路电路/硬开关硬开关 源于好的开关波形 本案中差模去掉 共模电感变小，成本下降源于好的开关波形 本案中差模去掉 共模电感变小，成本下降 PCB变成原变成原1/3 散热片去掉或变小 很多 散热片去掉
13、或变小 很多 -成本下降 电感体积减小 成本下降 电感体积减小80%，原来，原来10元 现变小后只要 元 现变小后只要2元元 体积明显变小体积明显变小 CoolMos与氮化镓与氮化镓FET BOOST电路上的损耗对比：电路上的损耗对比： 100 kHz Loss breakdown POUT(W) Eff. (%) Loss (W) GaN devices: TPH3006PS & TPS3411PK Si devices: CoolMOS & QSpeed diodes VIN/VOUT=230V/400V, f=100kHz Transphorm Total GaNTMsolution o
14、utperforms matured Si solution GaN cuts device loss by 33% (27.5% of total loss) at full load (1.5kW) GaN achieves 99% efficiency Boost电路电路 100K Cool-Mos方案上 的损耗图 方案上 的损耗图 Boost电路电路 100K 氮化镓方案上的 损耗图 在 氮化镓方案上的 损耗图 在100K时省出时省出1/4 的损耗（紫）的损耗（紫） Boost电路电路 100K Cool-Mos方案上 的损耗图 方案上 的损耗图 Boost电路电路 100K 氮化镓方
15、案上的 损耗图 在 氮化镓方案上的 损耗图 在100K时省出时省出1/4 的损耗（紫）的损耗（紫） + VOUT D S G L1 C1 D1 + VIN L1 Q1 Cool-Mos与氮化镓与氮化镓FET BOOST电路上的损耗对比电路上的损耗对比500 kHz POUT(W) Eff. (%) Loss (W) GaN devices: GaNonSi HEMT & diode Si devices: CoolMOS & QSpeed diode VIN/VOUT=230V/400V, f=500kHz GaNs advantage is amplified at high frequen
16、cies (for compact designs) due to its lower Qg and Co(er) GaN cuts device loss by 70% (total loss 55%) at 1.3kW Si converter cannot operate beyond1.3 kW safely GaN 98% efficiency at 500kHz Loss breakdown Boost电路电路 500K Cool-Mos方案上 的损耗图 方案上 的损耗图 Boost电路电路 500K 氮化镓方案上的 损耗图 在 氮化镓方案上的 损耗图 在500K时省出时省出3/5 的损耗（紫）的损耗（紫） + VOUT D S G L1 C1 D1 + VIN L1 Q1 1stGen 600V GaNonSi HEMT Compared to Si Super Junction MOSFE
