【应用】eGaN FET用于12~48V汽车DC-DC应用，具有比硅MOS更高的效率、更小的尺寸和成本
汽车电子产品现在可以充分利用增强型氮化镓（eGaN®）器件更高效率，速度，更小尺寸和更低成本的优势。目前已经出现了一些大型应用，其中GaN具有比老式硅MOSFET更明显的优势，特别是在48V输入节点上。本文中EPC就将详细地对两种产品进行对比。
48 VIN至12 VOUT，适用于轻度混合动力 12 - 24 VIN到3.3 VOUT，适用于信息娱乐
48 VIN至12 VOUT用于轻度混合动力
到2025年，全球销售的每10辆车中就有一辆是48V轻度混合动力车。48V系统将燃油效率提高了10-15％，在不增加发动机尺寸的情况下提供了4倍的动力，二氧化碳排放量降低了25％。
随着最新汽车上出现大量新型耗电型电子驱动功能和特性，48V总线配电的需求变得越来越明显。 例如：电动起停，电动转向，电动悬架，电动涡轮增压，变频空调等。
如今，随着自动驾驶汽车的出现，配电系统对激光雷达，雷达，照相机和超声波传感器等系统提出了更多要求。 这些要求高性能的图形处理器来收集，解释，集成和理解所有内容。 这些处理器非常耗电，给传统的汽车12V配电总线增加了负担。
图1. 48 V轻度混合动力系统的图示
为什么是GaN？
对于48V总线系统，GaN技术可提高效率，缩小尺寸并降低系统成本。 由于开关速度快，基于GaN的解决方案可以以每相250kHz的频率运行，而传统MOSFET解决方案则是每相125 kHz。例如，在3kW/48V至12V DC-DC转换器中，此较高的开关频率可以让五相系统减少到四相系统，从而减小了尺寸和成本。 如图2所示，基于GaN的解决方案要小35％，从而使电感器DCR损耗降低10W，并且与MOSFET解决方案相比，可以将系统成本降低约20％。
GaN具有更小尺寸
MOSFET解决方案（125kHz）：250A需要5相设计（电感器受限）：
250 kHz的GaN FET解决方案：更高的开关频率允许进行4相设计：
图2.在48 V至12 V，3 kW系统中eGaN FET与硅MOSFET的解决方案尺寸比较
GaN具有更高的效率和更低成本
图3.在48V至12V/3kW系统中，eGaN FET与硅MOSFET的效率比较
12 - 24 VIN到3.3 VOUT，适用于信息娱乐
到2022年，全球车载信息娱乐系统的出货量预计将超过1.83亿台（Statista）。 现代信息娱乐系统包含许多高级功能，例如触摸屏功能，蓝牙通信，数字和高清电视，卫星广播，GPS导航甚至游戏。 这些系统对车辆动力系统提出了额外的要求。
为什么是GaN？
与硅MOSFET相比，GaN器件尺寸小得多，电容也较小。 与最先进的硅MOSFET相比，GaN晶体管的优异性能（FOM）使设计人员能够以更高的效率操作系统，从而创建更小、更高效、运行温度更低、成本更低的系统。（图4）
作为FOM改进如何转化为性能的一个示例，构建了具有12V至24V输入范围和3.3V输出的系统，以将100V eGaN FET与Si MOSFET解决方案进行比较。 两个转换器均在2 MHz下工作至10A。 输入电压为12 V时，eGaN解决方案的峰值效率提高了近5％，功耗降低了2W。 输入为24 V时，eGaN解决方案的峰值效率提高了近7％，功耗降低了3.1W。 （图5）
图4.eGaN FET与硅MOSFET的品质因数（FOM）
GaN具有更高的效率
图5. eGaN FET与硅MOSFET的效率和功耗比较
GaN具有更强大的性能
尽管eGaN FET的尺寸明显较小，但更高的效率和更低的功耗使基于GaN的解决方案比大型MOSFET解决方案运行温度更低。 图6显示了两块板在24 V输入，3.3 V输出，2 MHz，无气流和无散热器的情况下的热性能。 基于GaN的解决方案板中的热点比硅板低10°C。
图6. eGaN FET与硅MOSFET的热性能比较
作为GaN器件的领先制造商，EPC针对汽车DC-DC应用推出了EPC2206等eGaN FET，通过了AEC-Q101认证。
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