德州儀器用2000萬小時給出使用氮化鎵（GaN）的理由

    在多倫多一個飄雪的寒冷日子里。

　　我們幾個人齊聚在本地一所大學位于地下的高級電力電子研究實驗室中，進行一場頭腦風暴。有點諷刺意味的是，話題始終圍繞著熱量，當然不是要生熱取暖，而是如何減少功率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的熱量。我們已經(jīng)將MOSFET和IGBT分別做到了極致，但是我們中沒有人對此感到滿意。在這個探討過程中，我們盤點了一系列在高壓環(huán)境中失敗的設備。

　　在那個雪花漫天飛舞的日子里，我們聚焦于選擇新方法和拓撲，以尋求獲得更高的效率和密度，當然也要找到改進健全性的途徑。一位高級研究員幫助總結(jié)了我們面前的挑戰(zhàn)：“我們能實現(xiàn)所有這些設想。但首先，請給我完美的電源開關(guān)?！边@句話里蘊含著的半是沮喪，半是希望。

　　而在數(shù)年后，堪稱完美的電源開關(guān)終于問世。2018年，我們發(fā)布了600-V 氮化鎵(GaN) FET系列產(chǎn)品，包括LMG3410R070、LMG3411R070和LMG3410R050，它們具有集成式驅(qū)動器和保護裝置。每件設備都能做到兆赫茲開關(guān)和提供數(shù)千瓦功率 - 這實現(xiàn)了前所未有的更小巧和更高效率的設計。

　　在正式發(fā)布之前，TI投入大量人力物力， 累計進行了超過2000萬小時的設備可靠性測試，使得電源設計工程師可以更放心地在各種電源應用中使用氮化鎵。

　　圖片：TI高壓電源應用產(chǎn)品業(yè)務部氮化鎵功率器件產(chǎn)品線經(jīng)理 Steve Tom先生展示氮化鎵產(chǎn)品

　　“完美電源開關(guān)”的飄然而至

　　TI始終引領(lǐng)著提倡開發(fā)和實施全面性方法，確保在嚴苛操作環(huán)境下，GaN設備也能夠可靠地運行和具有出色的使用壽命。為此，我們用傳統(tǒng)的硅方法制作GaN的硅基，從而利用硅的內(nèi)在特性。此外，壓力測試需要包括常見于開關(guān)電源設備的硬開關(guān)工作模式，而這恰恰是傳統(tǒng)硅晶體管無法解決的問題。TI的測試主要集中于以下四個領(lǐng)域：

　　? 設備可靠性：符合設備的工程設計;構(gòu)建設備內(nèi)在的使用壽命。

　　? 應用健全性：在加速環(huán)境下，整合任務剖面條件，模擬真實應用情形。

　　? 制造：專注于生產(chǎn)流程優(yōu)化和產(chǎn)能改進。

　　? 符合電子工程設計發(fā)展聯(lián)合協(xié)會(JEDEC)質(zhì)量要求：通過提速測試設備質(zhì)量和存活能力，來預見產(chǎn)品的低缺陷率和故障率。

　　2000萬小時設備可靠性測試與計量

　　此外，2017年是電力電子行業(yè)振奮人心的里程碑之年。 JEDEC宣布制定完成了JC-70.1，它規(guī)范了GaN的可靠性和質(zhì)量認證流程、數(shù)據(jù)資料表、參數(shù)以及測試和特性表征方法。德州儀器公司是JC-70.1標準的創(chuàng)始人與積極倡導者之一，基于2000萬小時的可靠性測試，TI始終致力于幫助整個行業(yè)，進一步從我們提供的方法論、專業(yè)技術(shù)和高科技知識中獲益。

　　完美的電源開關(guān)不再是幾個人在冰冷地下研究室中的奢望。夢已成真。新穎的電源開關(guān)使設計人員能夠充分發(fā)揮他們的能力：讓產(chǎn)品達到史無前例的功率密度和效率。

　　其他資源

　　? 閱讀博文，“尺寸減半，功率翻番：氮化鎵(GaN)如何變革機器人、可再生能源和電信等眾多領(lǐng)域”。

　　? 下載這些應用說明：

　　- 高密度電源設計中的過電流保護

　　- GaN功率級設計中的熱思考

　　本文作者：德州儀器 (TI) 氮化鎵解決方案高級技術(shù)戰(zhàn)略經(jīng)理 Masoud Beheshti