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德州仪器用2000万小时给出使用氮化镓(GaN)的理由

2018-11-30 13:56:16   来源:单片机与嵌入式系统应用   浏览: 200 次

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  在多伦多一个飘雪的寒冷日子里。

  我们几个人齐聚在本地一所大学位于地下的高级电力电子研究实验室中,进行一场头脑风暴。有点讽刺意味的是,话题始终围绕着热量,当然不是要生热取暖,而是如何减少功率转换器产生的热量。我们已经将MOSFET和IGBT分别做到了极致,但是我们中没有人对此感到满意。在这个探讨过程中,我们盘点了一系列在高压环境中失败的设备。

  在那个雪花漫天飞舞的日子里,我们聚焦于选择新方法和拓扑,以寻求获得更高的效率和密度,当然也要找到改进健全性的途径。一位高级研究员帮助总结了我们面前的挑战:“我们能实现所有这些设想。但首先,请给我完美的电源开关。”这句话里蕴含着的半是沮丧,半是希望。

  而在数年后,堪称完美的电源开关终于问世。2018年,我们发布了600-V 氮化镓(GaN) FET系列产品,包括LMG3410R070、LMG3411R070和LMG3410R050,它们具有集成式驱动器和保护装置。每件设备都能做到兆赫兹开关和提供数千瓦功率 - 这实现了前所未有的更小巧和更高效率的设计。

  在正式发布之前,TI投入大量人力物力, 累计进行了超过2000万小时的设备可靠性测试,使得电源设计工程师可以更放心地在各种电源应用中使用氮化镓。

  图片:TI高压电源应用产品业务部氮化镓功率器件产品线经理 Steve Tom先生展示氮化镓产品

  “完美电源开关”的飘然而至

  TI始终引领着提倡开发和实施全面性方法,确保在严苛操作环境下,GaN设备也能够可靠地运行和具有出色的使用寿命。为此,我们用传统的硅方法制作GaN的硅基,从而利用硅的内在特性。此外,压力测试需要包括常见于开关电源设备的硬开关工作模式,而这恰恰是传统硅晶体管无法解决的问题。TI的测试主要集中于以下四个领域:

  •   设备可靠性:符合设备的工程设计;构建设备内在的使用寿命。
  •   应用健全性:在加速环境下,整合任务剖面条件,模拟真实应用情形。
  •   制造:专注于生产流程优化和产能改进。
  •   符合电子工程设计发展联合协会(JEDEC)质量要求:通过提速测试设备质量和存活能力,来预见产品的低缺陷率和故障率。

        

       2000万小时设备可靠性测试与计量

  此外,2017年是电力电子行业振奋人心的里程碑之年。 JEDEC宣布制定完成了JC-70.1,它规范了GaN的可靠性和质量认证流程、数据资料表、参数以及测试和特性表征方法。德州仪器公司是JC-70.1标准的创始人与积极倡导者之一,基于2000万小时的可靠性测试,TI始终致力于帮助整个行业,进一步从我们提供的方法论、专业技术和高科技知识中获益。

  完美的电源开关不再是几个人在冰冷地下研究室中的奢望。梦已成真。新颖的电源开关使设计人员能够充分发挥他们的能力:让产品达到史无前例的功率密度和效率。

  TI 重磅推出《电源设计基础》

  全书内容丰富、完整,囊括了从电路元器件,电源基本电路拓扑,各种控制策略,磁元件设计,辅助电源电路,电磁噪声处理,电源故障管理,实现高效率设计,数字功率控制以及电源结构这些涉及电源几乎所有方方面面的完整内容。

  作者简介:

  罗伯特A曼马诺(Robert A. Mammano)

  是电力电子领域的先驱,在模拟电源控制领域,拥有超过50年的经验。他还被称为“PWM控制器行业之父”,于1974年设计了第一个完全集成的PWM控制器IC SG1524。 曼马诺于1957年在科罗拉多大学获得物理学学位, 从此开始了他的职业生涯。

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