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電動汽車要比同樣尺寸的傳統燃油車重很多。除了笨重的電池，電動汽車還要隨時帶著車載充電器。因為充電樁并非無處不在，所以車載充電器是十分必要的。 但車載充電器也是有重量的。在保證充電功率的情況下，我們希望它越小、越輕越好。現在SiC技術的車載充電器已經很好了。但可以更好。 最近，美國德州儀器公司（Texas Instruments，簡稱TI）推出了其首款帶集成驅動器、內部保護和有源電源管理的車用GaN FET。這款產品意義非凡，它開啟了GaN功率技術應用于新能源汽車的新時代。 我們都知道，氮化鎵（GaN）功率器件是下一代熱點電源技術，具有功率密度大、效率高、開關頻率高等優點，能顯著提升供電系統的效能并大幅縮小尺寸。有些廠商幾年前就已經開始宣傳自己的GaN技術。目前，一些GaN技術的手機和筆記本電腦充電器已經面市。 在這些消費類電源產品中你并看不到TI的GaN芯片，似乎TI在GaN技術方面缺失或落伍了。實則不然。TI很早就退出消費電子這個紅海市場了，它的主要目標是工業、通信、汽車等利潤豐厚的高端市場。實際上，TI在10年前就已啟動了GaN技術的研發，其主要目標依然是工業和汽車市場。 然而，汽車市場要求十分嚴苛。產品必須足夠可靠、達到車規才可以用于汽車。TI的GaN汽車功率芯片可靠嗎？ 據德州儀器高壓電源應用產品業務部氮化鎵功率器件產品線經理Steve Tom先生介紹，迄今為止，TI已經對GaN器件完成了4000多萬小時的可靠性測試。測試在專門的實驗室進行，針對硬開關和軟開關都進行了大量可靠性測試。硬開的情況下，功率等級在4000瓦以上，測試持續一周，同時進行數據采集來判斷和分析GaN的可靠性。另外還有浪涌測試。器件可以承受高于720伏的浪涌，在過壓的情況下順利完成開關。基于這樣的測試，TI認為GaN可以用于對可靠性要求非常高的汽車和工業領域。 那么，與目前常用的SiC車載充電芯片相比，TI的GaN芯片有何優勢呢？Steve Tom說，研發一開始TI就從長遠考慮，選用了硅基GaN技術，其成本會比碳化硅低很多。由于GaN比碳化硅開關頻率更高以及擁有更好的開關特性，能讓車載充電器的尺寸減少50%。 硅基GaN具有集成度高的優勢。TI將驅動電路集成在了硅基層上，提高了可靠性，也便于量產并降低成本。據介紹，TI的汽車級GaN能夠提供大于150 V /ns和大于2.2 MHz的切換速度。高壓擺率和高切換速度能夠將電路中的磁元件減少的更小，通過集成可以將功率磁元件體積減少59%，以及減少十多個組件需求。TI的智能死區自適應功能可減少設備在死區的時間，從而將PFC中第三項象限損耗降低了66%。這些都有利于提高功率密度和轉換效率。 此外還有封裝技術。TI的GaN FET采用底部和頂部冷卻的12×12 QFN封裝設計，可實現散熱設計的靈活性。與水平接近的競品相比，TI的產品據稱能夠減少23%的熱阻抗。 TI最新推出的這個650V、30mΩ汽車GaN FET型號為LMG3525R030-Q1，它具有2.2MHz集成柵極驅動器和保護功能。TI為之配備了評估板LMG3525EVM -042，它帶有兩個GaN FET，并在半橋中配置了所有必需的偏置電路和邏輯 /功率電平轉換功能。還有必要的功率級和柵極驅動高頻電流環路安全封裝在電路板上，最大程度地減小了寄生電感，降低電壓過沖并提高性能。評估板配置為具有插座式外部連接，可輕松與外部功率級連接，以在各種應用中運行。據德州儀器高壓電源應用產品業務部應用工程師張奕馳先生介紹，通過散熱片散熱，這款評估板可輸出5kW的功率；通過液冷散熱，功率可高達6kW甚至7kW。 
此次與汽車級產品同時推出的還有一款600V工業級GaN FET，型號是LMG3425R030。它也具有集成驅動器和保護功能，轉換效率高達99％。 |
