前不久意法半導(dǎo)體發(fā)布了全新MASTERGAN1產(chǎn)品，它同時集成了半橋驅(qū)動器和兩個增強(qiáng)模式氮化鎵（GaN）晶體管， 類似的競爭產(chǎn)品僅僅只包含單個氮化鎵晶體管，這使得ST的MASTERGAN1在半橋拓?fù)鋺?yīng)用中優(yōu)勢明顯。例如，常見的 AC-DC系統(tǒng)中 LLC諧振轉(zhuǎn)換器，有源鉗位反激或正激，圖騰柱PFC等等。

該款新器件具有極高的象征意義，因?yàn)榧啥雀撸O(shè)計(jì)應(yīng)用更為簡便。目前業(yè)界使用此類電源器件時，主要將其用于電信設(shè)備或數(shù)據(jù)中心的電源中。如今，借助MASTERGAN1，工程師可為智能手機(jī)充電器和USB-PD適配器設(shè)計(jì)尺寸更小并且更加高效的電源。

為什么要在智能手機(jī)電源中使用氮化鎵？

近年來智能手機(jī)，平板電腦或筆記本電腦的功率呈指數(shù)增長。為了讓消費(fèi)者有更好的使用體驗(yàn)，制造廠商不得不增加電池容量。但是由于電池材料技術(shù)的限制，電池容量方面難有重大突破。于是發(fā)展快充技術(shù)成為了制造商的首選。借助USB Power Delivery（USB-PD）和快速充電技術(shù)，您可以在不到十分鐘的時間內(nèi)達(dá)到50％的電量。這就要求充電器在短時間內(nèi)可以輸出100W甚至更高的功率。在維持充電器尺寸不變的前提下，提高開關(guān)頻率勢在必行。 目前帶有GaN晶體管的充電器尚未普及，高設(shè)計(jì)難度首當(dāng)其沖。以中型甚至大型公司的工程師為例，說服領(lǐng)導(dǎo)層使用新技術(shù)并非易事，所以幫助決策者理解這項(xiàng)技術(shù)至關(guān)重要。同時GaN晶體管印刷電路板的設(shè)計(jì)不同于普通硅管，設(shè)計(jì)一個穩(wěn)定可靠的GaN晶體管電路板也是一個重大的挑戰(zhàn)。MASTERGAN1的意義在于它能夠解決所有這些問題，讓整個設(shè)計(jì)簡便可靠。 了解氮化鎵GaN電性能

【EVALMASTERGAN1】 氮化鎵憑借其固有的特性，可在小型設(shè)備需要高功率時發(fā)揮重要作用。這種材料本身并非新鮮事物。我們從上世紀(jì)九十年代開始將其用于LED，并從21世紀(jì)起將其用于藍(lán)光閱讀器。而如今，創(chuàng)始人能在硅片上生成一層薄薄的氮化鎵，從而制造出具有獨(dú)特性能的晶體管。氮化鎵的帶隙為3.39eV，遠(yuǎn)高于硅(1.1 eV)和碳化硅(2.86 eV)。因此，其臨界電場也要高得多，這意味著它在高頻下能提供更高的效率。 這些特性的根本原因來自于GaN的分子結(jié)構(gòu)。鎵本身是導(dǎo)電率低的電導(dǎo)體。然而，當(dāng)?shù)悠茐逆壘Ц駮r，它會顯著增加結(jié)構(gòu)的電子遷移率（1700cm2/Vs），因此電子可以以更高的速度移動而損失更少。當(dāng)應(yīng)用在開關(guān)頻率高于200khz的場景中，使用GaN的效率更高。它可以實(shí)現(xiàn)體積更小、更具成本效益的系統(tǒng)。

EVALMASTERGAN1，眼見為實(shí)

盡管有這些理論知識，但要說服決策者可能依然困難重重。雖然GaN晶體管并不是什么新鮮事物，但是它們在大批量產(chǎn)品電源中的使用仍然是新穎的。要使GaN和MASTERGAN1的功能展示變得更加簡單，必須依靠EVALMASTERGAN1板。它是一個真實(shí)可見的物理平臺，并且展示了電源中單個封裝的外觀。用戶可以選擇添加一個低端分流器或一個外部自舉二極管，以便更好地適用于終端設(shè)計(jì)。此外，還可以訪問MASTERGAN1的所有引腳，以幫助開發(fā)人員初期調(diào)試及應(yīng)用。 MASTERGAN1：用氮化鎵進(jìn)行設(shè)計(jì)降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度

【MASTERGAN1】 從概念驗(yàn)證到定制設(shè)計(jì)可能會充滿挑戰(zhàn)。評估板的原理圖是一個很好的起點(diǎn)，但是高頻應(yīng)用卻很棘手。如果PCB上的走線太長，則寄生電感會導(dǎo)致誤開關(guān)問題。對于半橋轉(zhuǎn)換器而言，兩個GaN晶體管是必須的，但是大多數(shù)競爭器件僅提供一個。MASTERGAN1是一款獨(dú)特的產(chǎn)品，因?yàn)樗羌蓛蓚€GaN晶體管的單芯片。所以工程師不必應(yīng)對與此類應(yīng)用相關(guān)的復(fù)雜性。同樣，特定的GaN技術(shù)和柵極驅(qū)動器上的優(yōu)化設(shè)計(jì)也意味著系統(tǒng)不需要負(fù)電壓關(guān)斷。MASTERGAN1還具有兼容20V信號的輸入引腳，可以適用于各種現(xiàn)有和即將推出的控制器。 工程師還必須應(yīng)對關(guān)鍵的尺寸限制。智能手機(jī)充電器必須保持小型化。因此，MASTERGAN1封裝的尺寸僅為9 mm x9 mm非常具有優(yōu)勢。此外，在未來幾個月內(nèi)會陸續(xù)推出迭代產(chǎn)品，我們將使其與現(xiàn)有引腳保持兼容。這使得基于使用MASTERGAN1的PCB創(chuàng)建新設(shè)計(jì)會更加簡單。隨著制造商爭相提供更實(shí)惠的解決方案，MASTERGAN1將使設(shè)計(jì)更具性價比。這也解釋了為什么MASTERGAN1已經(jīng)獲得設(shè)計(jì)大獎。

提高可靠性

工程師面臨的另一個主要挑戰(zhàn)是可靠性。不穩(wěn)定的系統(tǒng)會嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)甚至降低消費(fèi)者對產(chǎn)品的信任度。共通是半橋拓?fù)渲袑?dǎo)致壞機(jī)的常見原因。為此，MASTERGAN1集成了互鎖功能，匹配的傳輸延遲以及差分導(dǎo)通和關(guān)斷的柵極電流，這些功能都可以幫助實(shí)現(xiàn)干凈有效的開關(guān)。最后，我們?yōu)閑-MODE GaN FET專門設(shè)計(jì)了MASTERGAN1的柵極驅(qū)動器，從而提高了性能和耐用性。 MASTERGAN1同時自帶欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)，可防止供電不足情況下?lián)p耗增大以及一些潛在的問題。同樣OTP可防止設(shè)備過熱導(dǎo)致?lián)p壞。柵極驅(qū)動器的電平轉(zhuǎn)換器和有效的輸入緩沖功能使GaN的柵極驅(qū)動器非常耐用且抗噪聲。最后它還配置了專用的引腳可以將MASTERGAN1設(shè)置為空閑模式，降低損耗，提高待機(jī)效率。

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