SuperGaN使氮化镓产品更高效

1 专注GaN的垂直整合

Transphorm 是GaN（氮化镓）功率半导体领域的全球领先企业，致力于设计和制造用于新世代电力系统的高性能、高可靠性650 V、900 V 和1 200 V（ 目前处于开发阶段）氮化镓器件。

Transphorm 拥有1 000 多项专利，氮化镓器件为单一业务。Transphorm 是唯一一家以垂直整合商业模式运营的上市公司，这意味着在器件开发的每个关键阶段，我们均能做到自主可控和创新——包括GaN HEMT 器件设计、外延片材料、晶圆制程工艺，直至最终氮化镓场效应晶体管芯片。因此，我们的氮化镓器件能够使效率超过99%、将功率密度提高50%、以及将系统成本降低20%。

Philip Zuk(Transphorm业务发展和市场营销高级副总裁)

2 SuperGaN的优势

Transphorm 的 SuperGaN^® 技术是一种共源共栅（cascode）结构的常闭耗尽型（normally-off d-mode）氮化镓平台。该平台特点使得SuperGaN 具备了增强型（e-mode）氮化镓所不能比拟的优势，包括：

●   业界领先的可靠性（FIT< 0.03）；

●   较高的饱和电流可减少对并联器件的需要；

●   基于基础物理特性的极低电阻温度系数（TCR）；

●   由于器件复杂度低，并具有出色的栅极安全裕度（±20 V 栅极稳健性和4 V 抗噪性），因而易于设计；

●   可与现成驱动器配对，因而易于驱动；

●   易于制造（具有与硅器件相似的良率）；

●   良好的设计多样性（可提供即时替代的封装；可提供高性能封装，能用单个Transphorm 器件替代多个并联的e-mode 氮化镓器件或硅器件）；

●   业界最多的器件封装选择（SMD、TO-XXX、TOLL、TOLT 等） 。

最终，上述优势使 Transphorm 的高压氮化镓场效应晶体管产品组合能够满足当今广泛的市场应用、支持最宽的功率级范围（45 W~10+ kW）。这些市场应用包括：电源适配器/ 充电器；电脑游戏/ 算力应用PSU；数据中心 PSU；航天航空PSU；广泛的工业系统（高可靠的电源模块、UPS 等）；可再生能源/ 太阳能光伏微型逆变器；电动出行系统。

3 平台类型不同，导致GaN产品差异

业界普遍存在一种误解，即认为无论平台类型如何（e-mode 或 normally-off d-mode），所有氮化镓器件都是一样的。然而事实并非如此。

据我们了解，一些客户对使用氮化镓技术心存顾虑，因为有过使用e-mode 氮化镓解决方案出现现场失效的负面体验。我们的理解是，这些故障要么是由于性能和可靠性问题，要么是由于e-mode 的栅极安全裕度较低，以及定制驱动器要求产生的复杂性，给电力系统的基本设计带来了困难。

这些是Transphorm 选择开发normally-off d-mode平台的几个原因。在我们的SuperGaN 平台中，氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）与一个低压硅MOSFET 配对，这种配对解决了e-mode 经常会面临的问题。由于硅MOSFET 电压较低，因此SuperGaN 器件可由众所周知的常用硅驱动器驱动，简单易使用，同时还拥有硅管的稳健性和可靠性，并可发挥出GaN HEMT自身的全部性能优势。

SuperGaN 技术平台的丰富设计经验、性能和可靠性，是Transphorm 氮化镓器件目前被前面所列市场中45 W~7 kW+ 应用所广泛采纳的原因，也是我们能够推出900 V 平台、并正在开发1 200 V 平台的原因。1 200 V 的电压使氮化镓成为电动出行应用中极具吸引力的解决方案，因而对碳化硅（SiC）技术构成挑战。目前还没有任何一家e-mode 器件制造商号称具有相同能力。

氮化镓刚刚进入市场的初期，我们与客户合作进行应用开发的过程中，还了解到一些其他的次要挑战。这些挑战与固件开发有关：当时，习惯于模拟系统的电力系统市场对固件开发还有些陌生。Transphorm 通过与Microchip 公司合作，将后者的 dsPIC 数字电源插件模块 (PIMs) 纳入我们的参考设计中，从而解决了这一问题。为客户提供预编程固件选项，让客户可以接触到既Microchip 的支持工具和团队，以进行定制固件开发。

4 小结

如上所述，Transphorm 的氮化镓平台可以帮助客户经常遇到的一些技术问题。我们引以为傲的是，Transphorm 创造了氮化镓行业的许多“第一”，帮助市场和客户认识到氮化镓技术优异的稳健性、高性能和可靠性——因此，可以作为颠覆各应用市场的功率转换技术。我们已经帮助许多客户向市场推出了改变旧有形态的新产品，如革命性的医疗设备电池系统、便携式发电机、世界上首个集成化微型逆变器系统、高性能UPS系统等。我们也期待能帮助更多客户实现同样的目标。

（本文来源于EEPW 2023年10月期）