【技术】氮化镓开关频率：在下一代高频电路中使用氮化镓技术

时间： 2023-06-14 来源：EPC官网

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氮化镓（GaN）是一种非常坚硬、机械稳定的宽带隙半导体，用于生产功率器件以及射频元件和发光二极管（LED）。氮化镓的开关频率大大高于硅，能够让电力电子设计人员创造出更小、更高效、性能更高的系统，而这在以前的硅技术中是很难实现的。本文中EPC将为大家介绍在氮化镓开关频率及其在高频电路应用中的益处。

氮化镓开关频率与硅开关频率的比较

与硅相比，氮化镓器件可以在更高的频率下工作，这是由于其优异的材料特性，例如高载流子迁移率、低导通电阻和低寄生电容。这些特性使氮化镓器件的开关速度比硅器件快 100 倍，效率也更高。

硅器件通常限于几百千赫的开关频率，而氮化镓器件可以在几兆赫甚至几十兆赫的开关频率下工作。

氮化镓器件的高开关频率在电力电子和音频放大器等应用中特别有优势。在电力电子领域，高开关频率可以减小电路中使用的元件的大小和重量，同时提高效率。在音频放大器中，高开关频率可以减小失真、降低噪音，从而提高音频质量。

氮化镓在高频电路应用中的益处

氮化镓的开关频率有所提高，因此尤其适用于需要高效率和高性能的高频应用。氮化镓的高开关速度可以降低开关损耗，从而提高效率并减少产热。更高的频率还让更小和更轻的无源元件——例如电容器和电感器——成为可能，这样，人们就能拿出更紧凑和更高功率密度的设计。

与硅器件相比，氮化镓的开关频率有所提高。其可以提供显著优势的一些应用包括：

1、电力电子应用：在诸如DC-DC转换器、AC-DC转换器和无线电源等电力电子应用中，GaN 的高开关频率有助于减小电路中所用元件的尺寸和重量，同时还能提高效率。

2、电机驱动应用：在用于机器人、无人机、汽车和工业机械等的电机驱动应用中，高开关频率可实现更高的功率密度、更高的效率、更高的性能和更低的电磁干扰（EMI）。这些优点可以使基于氮化镓的电机驱动系统比基于硅的系统更紧凑、更可靠且更具成本效益。

3、飞行时间（ToF）/雷达：在用于自动驾驶汽车、无人机和机器人等的激光雷达应用中，氮化镓的高开关频率提高了分辨率，增加了范围，实现了更快的扫描，并减小了系统的尺寸和重量。

4、音频放大器：在音频应用中，氮化镓的高开关频率有助于降低失真度、减弱噪声，从而获得更高的音频质量。这使得氮化镓特别适合D类音频放大器，而这类音频放大器以其效率和产生高质量音频的能力而闻名。

5、LED照明：氮化镓的高开关频率还可用于LED照明应用，它有助于减小电源的尺寸和重量，同时提高效率。

利用氮化镓的开关频率克服设计难题

氮化镓的高开关频率可用于克服若干设计挑战。这里举几个例子：

1、更小的尺寸：电力电子设计的主要挑战之一是尺寸限制。利用氮化镓的高开关频率，设计人员可以减小电感器和电容器等无源元件的尺寸。这可以产生更小和更紧凑的设计，而这种设计特别适用于对空间和重量有所限制的应用，如电动汽车、卫星、消费电子产品以及用于电动交通、机器人和无人机的电机驱动器。

2、更高的效率：高开关频率可以降低电力电子系统中的开关损耗，从而提高效率。这可以延长便携式设备的电池寿命，降低固定系统的能耗。在数据中心等能源成本可能很高的应用中，使用基于氮化镓的电力电子设备可以节省大量能源。

3、更好的热管理：氮化镓的高开关频率可以实现更快的开关，从而减少器件处于高电流状态的时间。这样可以减少产热，从而让对热性能的管理变得更容易。此外，氮化镓的高效率可以减少需要在最初阶段就被散掉的热量，从而进一步简化热管理。

4、减少电磁干扰：高频开关会产生严重的电磁干扰（EMI），这在电力电子系统中很难管理。然而，由于降低了电压和电流过冲，氮化镓即便有快速开关能力，也可以将EMI控制在较低水平。这可以使其更容易满足针对EMI制定的法规要求。

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2023/2/6 - 成兴光 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

EPC eGaN®FET/晶体管选型表

EPC提供增强型氮化镓半桥功率晶体管/增强型功率晶体管/功率晶体管的选型：配置：Dual Common Source、Dual with Sync Boot、Half Bridge、Half Bridge Driver IC、HS FET + Driver + Level Shift、Single、Single - AEC Q101、Single – Rad Hard、Single with Gate Diode、Single with Gate Diode – AEC-Q101、Dual Common Source - AEC Q101，VDS最大值（V）：15~350V；VGS最大值（V）：5.75~7V

Max RDS(on) (mΩ) @ 5 VGS

Enhancement Mode Power Transistor

选型表 - EPC 立即选型

ROHM（罗姆）LED选型指南（中文）

描述- 罗姆提供种类繁多的插件LED，伴随自动化安装的发展，以直接安装于基板的LED为首，提供用于户外显示器等设备的高亮度插件LED系列，其用途广泛。

型号- SMLEN3BC8T,SML-P12WT (R),MSL0402RGBU,SLI-325URC (W),SLA-580MT,SLR-343VR,SMLVN6RGB1W,SMLVN6RGB1U,SML-S13UT,SMLVN6,SLR343WBN2PT,SML-D12V□8□WT86□□□□,SLR-343VC,SLI-570YT,SML-D12V1W,SML-012YT,SMLZN4BGT (A),CSL0902VT (C),SLI-325DC (W),SLR-325 SERIES,SML-E12UW,SML-012P8T,CSL0901ET (C),SLR-332VR,SML-D12Y8W,CSL07 SERIES,SLR-322YY,SMLA12BN8T,SML811WBCN1W,SML-D15VW,SML-D14WW (A),SLI-580UT,SLR-322YC,SLR-332VC,SML-E12V8W,SML-811UT (A),SML-D13UW (C),SML-010VT,CSL0901PT (C),SML-Z14YT (A),SML-E12D8W,SLR-332 SERIES,SML-012YT (A),SML-D12U8W (C),SML-D15UW,SML-M13YT,SML-825MVW,MSL06 SERIES,SML-D12U1W,SML-013YT,SML-011UT,SML013BNT,SML-D15VW (C),SML-S13VT,SMLK28WBNCW,CSL1103WBXW,SLI-560YT,SMLA12WBN7W,SML-E12U8W,SML-H12Y8T,SML-Z14YT (C),SML-D13UW (A),CSL1901UW,SML-811UT (C),SML-Z14Y4T,SMLP14BCNW,SML-D12P8W (C),SML-P11MT (R),SML-D13FW (C),SLI-343Y8C,SML-D14U2W (A),SML-A1,SML-D13M8W,SLI-430DU,CSL0903UT (C),SML-Z14UT (C),SMLP34 SERIES,SML-A12D8T,SLI-343DC,SML-D15YW (C),SML-D12Y3W,SMLVN6RGBFU1 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(C),MSL,SMLMN2ECT (C),SML-H1 SERIES,SML-D12L8W,CSL1104WBCW,SML-D12M8W (C),SML-E12Y8W,SLI-343UR,CSL1104

2024/2/27 - ROHM - 选型指南代理服务技术支持采购服务

无锡恒芯微LED非隔离芯片选型表

无锡恒芯微提供以下技术参数的LED非隔离芯片选型，典型效率为80~93%，功率因数：>0.5~>0.9，输入电压为90V~265V，有多种封装方式，功率范围大。

产品型号	品类	封装	功率范围（W）	典型应用	输入电压（V）	功率因数	典型效率
HA5831E	LED非隔离驱动器	SOP8	1~7W	80mA@80V	120~265Vac	>0.5	92%

选型表 - 无锡恒芯微立即选型

LED发光二极管使用注意事项！

LED LAMP的正常作业电流为20mA，电压的细小动摇（如0.1V）都将引起电流的大幅度动摇（10%-15%）。

2024-09-10 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

EPC交叉引用搜索快速入门指南

描述- EPC与DiscoverEE合作推出EPC GaN Power Bench工具，提供基于超过20,000个MOSFET的数据库，方便设计师和采购人员查找替代器件。工具基于实际损耗计算，提供参数比较和损耗分析，支持生成永久链接分享结果。

型号- BSC320N20NS3 G

2022/3/17 - EPC - 用户指南 - Revision 1.0 代理服务技术支持采购服务

EPC评估套件选型表

EPC提供评估板的选型：Default Configuration：IToF、Resonant Pulse DToF;VBUS (max)(V):12~160V;VINPUT(max)(V):5 V;Tpin(min)(ns):1 ns/2 ns

产品型号	品类	Description	VIN(V)	VOUT(V)	IOUT (A)	Featured Product
EPC9163	评估板	Synchronous, Buck or Boost, digital controller	Buck: 20 – 60 V Boost: 11.3 – 16 V	Buck: 5 - 16 V Boost: 20-50 V	140 A (Buck)	EPC2218

选型表 - EPC 立即选型

EPC系列可配置内部总线密封配电模块

描述- 本资料介绍了EPC系列内部总线密封电源分配模块（PDM），这是一种可配置的汽车级电力分配解决方案，适用于商业车辆的电气系统。该模块具有高功率电路密集设计，支持插件式设备，包括保险丝、断路器、二极管和继电器，以保护和控制复杂的电气系统。

型号- EPC SERIES,LFLX0006Z-01,EPC

110422 - LITTELFUSE - 数据手册 - 110422-A 代理服务技术支持采购服务

FT-6304-C2-E1 LED 0603-T0.4白光贴片式发光二极管承认书

描述- 本资料为东莞市福特电子有限公司提供的0603-T0.4白光贴片式发光二极管（LED）的规格说明书。内容包括产品描述、外形尺寸、焊接温度曲线、最大绝对额定值、光电参数、色区、Bin Code、标签标识、包装载带与圆盘尺寸、圆盘及载带卷出方向及空穴规格、内包装及外包装、信赖性实验和使用注意事项。

型号- FT-6304-C2-E1

2023-03-17 - 福特电子 - 数据手册代理服务技术支持采购服务