用于汽车激光雷达的GaN器件可靠性测试，超越AEC，确保自主导航所需的性能和安全

时间： 2021-03-10 来源：EPC

代理服务

技术支持

采购服务

高容量GaN功率器件的一种汽车应用是用于自动驾驶汽车的激光雷达（光探测和测距）。激光雷达技术可提供有关车辆周围环境的信息，因此需要很高的准确性和可靠性才能确保安全性和性能。本文将讨论由EPC开发的新颖测试机制，用于测试超出汽车电子理事会（AEC）对激光雷达特定用例资格要求的eGaN器件。

用于激光雷达的方法

当今，激光雷达产业中有两种重要形式：直接飞行时间（DToF）和间接飞行时间（IToF）。典型的DToF激光雷达发送单个脉冲，并通过多次反射计算到目标的距离。发射的光子越多，可以检测到的物体就越远。脉冲越窄，分辨率越高，使得这些系统非常适合远程雷达系统。 IToF激光雷达通过比较发射和反射脉冲序列的相位来工作（图1）。这种类型的系统主要用于从不到1米到数十米的中等范围。

图1：直接飞行时间（DToF）和间接飞行时间（IToF）如何工作的图示

激光雷达用GaN

eGaN FET和IC广泛应用于自动驾驶汽车的DToF和IToF激光雷达电路中，它们具有以下几个主要优点：

·开关速度更快，脉冲更短，距离分辨率更高

·占板面积小，可实现高功率密度，低电感和紧凑型解决方案

·脉冲重复频率越高效率越高

在典型的DToF激光雷达应用中，GaN器件会发出短的大电流脉冲（约1-5 ns），从而驱动激光二极管产生窄光脉冲。峰值电流通常明显大于FET脉冲电流额定值的50％。脉冲占空比通常较低，并且脉冲重复频率在10至100 kHz的范围内。当没有脉冲时，GaN器件处于关断状态，暴露在一定的漏极偏压下。

这种应力状态对于功率器件来说是前所未有的，因此难以依靠常规的直流可靠性测试（例如高温栅极偏置（HTGB）或高温反向偏置（HTRB））来预测工作寿命。脉冲期间同时出现的高电流和高电压引起了对热载流子效应的关注，可能导致阈值电压（V_TH）或导通电阻（R_DS（on））在器件内发生参数漂移。另外，重复的高电流脉冲的累积效应提高了电迁移的灵敏性，从而导致焊点退化。

即使是特定于GaN的测试，如EPC采用的硬开关可靠性测试，也不能有效地模拟激光雷达电路中的应力条件。为了解决这些问题，EPC与主要的激光雷达客户合作开发了一种新的测试方法。该激光雷达可靠性测试是EPC“Beyond AEC”计划的一部分，这是一系列GaN特定应力测试，超出了AEC-Q101标准中为MOSFET开发的传统可靠性测试的相关部分范围。

大电流脉冲下的长期稳定性

该测试方法的概念是在实际的激光雷达电路中对零件施加应力，使其脉冲总数远远超出其最终任务数。汽车激光雷达的任务概况因客户而异。典型的汽车外形要求使用寿命为15年，每天以100 kHz脉冲重复频率（PRF）运行2小时——这相当于大约4万亿总激光雷达脉冲。在某些最坏的情况下，使用寿命可能需要多达10-12万亿个脉冲。

通过测试远远超出其完整任务配置文件末尾的大量设备，同时验证系统性能和设备特性的稳定性，该测试方法直接证明了eGaN器件在激光雷达任务中的寿命。

通过测试超过其全部任务结束时所需的脉冲数量，同时验证系统性能和设备特性的稳定性，该测试方法直接演示了激光雷达任务中eGaN设备的寿命。

图2：超过13万亿个激光雷达脉冲的脉冲宽度（右下）和脉冲高度（右上）的长期稳定性

测试方法和结果

为了获得大量脉冲，以比典型激光雷达电路高得多的脉冲重复频率（PRF）连续给零件施加压力。该测试电路基于EPC热门的EPC9126激光雷达应用板。EPC的eGaN FET第十一阶段可靠性报告的附录B中提供了有关测试程序的实验详细信息。

在本研究中，测试了两个流行的AEC级零件：eGaN FET EPC2202（80V）和EPC2212（100 V），每种类型的四个部分同时进行了测试。在应力过程中，每个设备上连续监测两个关键参数：（i）峰值脉冲电流和（ii）脉冲宽度。这些参数对激光雷达系统的距离和分辨率都至关重要。

图2显示了前13万亿个脉冲的测试结果。注意，在脉冲宽度或高度上都没有观察到退化或漂移。脉冲的累积数量对应于典型的汽车使用寿命。尽管这是eGaN器件稳健状况的间接监控器，但它表明没有发生会对电路性能产生不利影响的退化机制。

图3：在激光雷达可靠性测试期间，R_DS（on）和V_TH的长期稳定性。通过短暂中断激光雷达应力，每隔六个小时测量一次这些参数

为了更好地了解随时间变化的eGaN器件参数稳定性，测试系统每六个小时中断一次激光雷达应力，以测量R_DS（on）和器件阈值V_TH。经过简短的参数测量后，器件将迅速返回到激光雷达应力模式。结果显示在图3中。两个参数在测试过程中均显示出出色的稳定性。稳定性表明，激光雷达应力对eGaN器件相对有利。

概括

对eGaN器件的窄、大电流脉冲（lidar）测试表明，在典型的汽车使用寿命内，它们在激光雷达应用中非常可靠。迄今为止，未观察到任何故障模式或参数退化。 GaN功率器件已经在激光雷达应用中批量生产，提供了所需的准确性和稳健性，以确保自主导航所需的性能和安全。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由朦胧的时间翻译自EPC，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。

平台合作

提交评论

全部评论（0）

暂无评论

如何利用eGaN FET模块评估氮化镓晶体管性能？

与传统的硅基MOSFET技术相比，高性能氮化镓器件的潜力可以在更高频率下开关并实现MOSFET所不能及的效率。基于eGaN FET的DrGaNPLUS building block帮助工程师容易地对具备高性能的氮化镓晶体管进行评估，从而可以简化电源转换设计，实现高效、高功率密度的设计。

2022-06-08 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

EPC and Innosonix Address Power Consumption and Overall Efficiency Demands for High-end Audio Amplifier with eGaN FET Design

By changing from traditional silicon FETs to EPC’s EPC2059 eGaN FET the innosonix GmBH reduced idle loss by 35% and lowered the on resistance to increase the total power efficiency by 5%.

2021-10-29 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

不断发展的eGaN FET生态系统：栅极驱动器、控制器和无源组件

与基于Si的替代产品相比，基于eGaN FET的电源转换系统可提供更高的效率，更高的功率密度以及更低的总体系统成本。这些优点刺激了电力电子器件领域的发展，例如栅极驱动器，控制器和专门增强eGaN FET性能的无源组件。本文中EPC对此进行了详细说明。

2020-07-08 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

【经验】eGaN FET EPC2016C开发板EPC9126的调试技巧分享

EPC9126是EPC公司推出的针对eGaN FET EPC2016C的demo板，在调试过程中经常会碰到各种问题，本文就调试步骤做一下总结。1、确认5V电源是否正确。2、确认信号发生器PWM信号是否正确，符合要求的应该是5V幅值，占空比为50%的输入信号。3、J8端信号确认，主要是确认开发板U3/U5芯片没有损坏。

2020-02-05 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

【产品】100V/150A大电流脉冲激光二极管的驱动演示电路板EPC9126HC，提升激光雷达系统整体性能

EPC的EPC9126HC开发板采用具备超快速功率转换特性的氮化镓场效应晶体管（eGaN FET），由于可以驱动高达150 A及可低至5 ns脉宽的脉冲大电流，因此可以提高激光雷达（LiDAR）系统所侦测的资料的质素，包括资料的准确性、精确度及制作速度。

2017-12-01 - 新产品代理服务技术支持采购服务

本资料为EPC2057元器件的材料成分声明，由Efficient Power Conversion (EPC)公司于2024年7月8日发布。声明中详细列出了该元器件的各组成部分及其所含物质，包括硅、氧化硅、氮化硅、氮化镓、铝、氮化铝、钛、氮化钛、铜、钨、聚酰亚胺等，并提供了每种物质的CAS编号、重量百分比和总重量。声明强调，所提供的数据为估算值，可能因技术要求和开发而变化，EPC可能随时更新此文件，且声明可能不包括最终产品中电气设备内掺杂剂和金属材料的微量信息。

EPC - EGAN FET,氮化镓场效应晶体管,EPC2057

7/8/2024 - 测试报告代理服务技术支持采购服务

BRC Solar Selects EPC 100V eGaN FETs for Next Generation Solar Optimizer

Designing EPC‘s EPC2218 100V FETs into BRC Solar GmbH‘s next generation M500/14 power optimizer has enabled a higher current density due to the low power dissipation and the small size of the GaN FET making the critical load circuit more compact.

2022-08-26 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【应用】eGaN FET EPC2051助力激光雷达发射端高功率纳秒级别脉冲设计

在激光雷达的发射链路中，为实现雷达高分辨率的设计，需产生高功率、纳秒级别的激光脉冲。要达到这样的设计要求，普通MOS不能满足要求，需要采用GaN 搭配高功率Laser器件进行实现。EPC2051是EPC公司生产的氮化镓场效应晶体管（eGaN FET），已经成功的应用在激光雷达上。

2020-04-29 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

EPC2934C氮化镓场效应晶体管材料成分声明

本资料为EPC2934C元器件的材料成分声明，由Efficient Power Conversion (EPC)公司于2024年5月6日发布。声明中详细列出了该元器件的各组成部分及其所含物质，包括硅、氮化镓、铝、钛、铜、钨、聚酰亚胺等，并提供了每种物质的CAS编号、重量百分比和总重量。声明强调，所提供的数据为估算值，可能因技术要求和开发而变化，EPC可能随时更新此文件，且声明可能不包括最终产品中电气设备内掺杂剂和金属材料的微量信息。

EPC - EGAN FET,氮化镓场效应晶体管,EPC2934C

5/6/2024 - 测试报告代理服务技术支持采购服务

【应用】eGaN FET EPC2007C成功助力16线、32线等多线激光雷达发射端纳秒级别脉冲设计

在激光雷达的发射链路中，为实现雷达高分辨率的设计，需产生高功率、纳秒级别的激光脉冲。要达到这样的设计要求，需要采用GaN搭配高功率Laser器件来实现。EPC2007C为EPC的氮化镓场效应晶体管（eGaN FET），已经成功的应用在16线、32线等激光雷达设计上。

2020-06-24 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

How to Design a 12V-to-60V Boost Converter with Low Temperature Rise Using eGaN FETs

This Talk EPC will examine the design of a 12V to 60V, 50W DC/DC power module with low temperature rise using eGaN FETs in the simple and low-cost synchronous boost topology.

2021-11-01 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

EPC 29215_55氮化镓场效应晶体管材料成分声明

本资料为EPC29215\_55型号元器件的材料成分声明。声明中详细列出了芯片的构成元素、相应物质、CAS编号、重量百分比和总重量。声明指出，所提供的数据为近似值，基于工程计算，可能因技术要求和开发而随时更改。EPC可能不通知即更新此文件。声明可能不包括最终产品中电气设备内掺杂剂和金属材料的微量信息。

EPC - EGAN FET,氮化镓场效应晶体管,EPC29215_55

4/24/2024 - 测试报告代理服务技术支持采购服务

【产品】EPC新型200V eGaN FET的性能相比传统Si MOSFET提高了一倍

EPC推出新型200V eGaN FETs（氮化镓增强型功率晶体管），相比于传统的硅功率MOSFET的性能提高了一倍。新第五代设备的尺寸仅为上一代产品的一半，栅电极和源电极之间的距离有所减小，金属层的厚度增加等诸多改进使第五代FET的性能提高了一倍。

2020-11-04 - 新产品代理服务技术支持采购服务

【经验】EPC eGaN FET和eGaN IC PCB封装设计指南

一个良好的PCB封装设计对于GaN器件的一致性和可靠性是很重要的。本文是根据数据手册为EPC器件设计正确封装的指导原则——以EPC2016C和EPC2045为例，分别从LGA和BGA封装来完成介绍。

2020-09-23 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

EPC2215氮化镓场效应晶体管材料成分声明

本资料为EPC2215元器件的材料成分声明，由Efficient Power Conversion (EPC)公司于2024年4月24日发布。声明中详细列出了该元器件的各个构造元素及其对应的物质、CAS编号、重量百分比和总重量百分比。声明中提到的物质包括硅、氧化硅、氮化硅、氮化镓、铝、氮化铝、钛、氮化钛、铜、钨、聚酰亚胺、钛金属、镍、锡和银等。声明强调，所提供的数据为近似值，基于工程计算，可能因技术要求和开发而随时更改，EPC可能不另行通知更新此文件。声明可能不包括关于最终产品中包含的电气设备中掺杂剂和金属材料的微量信息。

EPC - EGAN FET,氮化镓场效应晶体管,EPC2215

4/24/2024 - 测试报告代理服务技术支持采购服务