越來越多的社會壓力和越來越多的減少二氧化碳排放的立法正在推動從汽車到電信的行業(yè)投資于更高效的電力轉(zhuǎn)換和增加電氣化。傳統(tǒng)的硅基功率半導體技術(shù)如絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在工作頻率、速度方面存在根本性的限制，并且高溫性能和低電流特性較差。高壓 Si FET 在頻率和高溫性能方面也受到限制。因此，設(shè)計人員越來越多地尋求采用高效銅夾封裝的寬帶隙 (WBG) 半導體。

功率氮化鎵技術(shù)

GaN 技術(shù)，特別是 GaN-on-Silicon (GaN-on-Si) 高電子遷移率晶體管 (HEMT) 技術(shù)在過去幾年中已成為電源工程師的重點。它提供許多應用所需的高功率性能和高頻開關(guān)的承諾是顯而易見的。

在含鉛 TO-247 封裝中引入共源共柵模式技術(shù)后，許多趨勢已經(jīng)解決了市場在 R DS (on)、更好的開關(guān)品質(zhì)因數(shù) (FOM)、更低電容方面的改進。

在器件穩(wěn)定性和易操作性方面，共源共柵配置提供了穩(wěn)健可靠的硅柵極絕緣（介電）柵極結(jié)構(gòu)。這意味著共源共柵 GaN FET 的有效柵極額定值為 ± 20 V（等于現(xiàn)有的硅超級結(jié)技術(shù)），并且可以由具有簡單 0-10 或 12 V 驅(qū)動電壓的標準經(jīng)濟高效的柵極驅(qū)動器驅(qū)動，同時提供高柵極閾值4V 電壓以防止誤開啟。

圖 1：GaN FET 的雙向特性

CCPAK：具有久經(jīng)考驗的新動力套件

自然，GaN 技術(shù)和操作模式是關(guān)鍵，但與任何 FET 器件封裝一樣，也起著關(guān)鍵作用。隨著市場轉(zhuǎn)向更高的開關(guān)頻率，傳統(tǒng)封裝（TO-220 / TO-247 和 D 2 PAK-7）的局限性變得越來越明顯。為了真正利用新型高壓 WBG 半導體的優(yōu)勢，銅夾技術(shù)將優(yōu)化電氣和熱性能。

圖 2：CCPAK1212 的內(nèi)部排列

Nexperia 提出了 CCPAK 封裝，以便為功率 GaN FET 解決方案提供銅夾的優(yōu)勢。CCPAK1212 相當于 TO-247 機身尺寸的約五分之一 (21.4%)，或者比 D 2 PAK-7 的占地面積小 10%，同時允許更低的 Rdson 產(chǎn)品，

通過消除內(nèi)部引線鍵合，CCPAK 提供比引線封裝更低的電感。圖 3 中的表格突出顯示了 CCPAK1212 和 TO-247 在 100 MHz 下運行的比較，這導致總環(huán)路電感為 2.37 nH，而幾乎為 14 nH。但銅夾封裝還有助于提供超低封裝電阻，包括 < 0.5 K/W 的熱阻。

圖 3：自感 @ 頻率 100 MHz

熱性能和半橋優(yōu)勢

長期以來，熱管理一直是電源應用的設(shè)計挑戰(zhàn)。當設(shè)計有空間容納大而笨重的散熱器時，從電路板和半導體組件中吸走熱量相對容易。然而，隨著功率水平以及功率和電路密度的增加，這變得更加難以處理。

在熱容量和導熱性方面，GaN 和銅夾為 650 V 高功率 FET 創(chuàng)造了技術(shù)組合。

根據(jù)圖 4 中描述的模擬，工程師估計 CCPAK 的 Rth 僅為 0.173 °C/W，而 TO-247 的 Rth 為 0.7 °C/W。

圖 4：熱模擬功率 GaN FET

無論是 AC/DC PFC 級、DC/DC 轉(zhuǎn)換器還是牽引逆變器，大多數(shù)拓撲的基本構(gòu)建塊都是半橋。因此，當在簡單的升壓轉(zhuǎn)換器中將 GaN FET 與 Si FET 進行比較時，GaN 技術(shù)顯示出其卓越的性能。

Nexperia 的頂部冷卻 GAN039-650NTB 是一種用于半橋演示板的解決方案 – 400 V IN和 230 V OUT在 100 kHz 具有 57.4% 占空比配置，在 23.1 °C 的環(huán)境溫度下運行。 ?

圖 5：半橋演示效率

在一個400伏DC降壓模式設(shè)置了一個低側(cè)V DS為我d 20 A，尖峰，過沖的和振鈴是兩者期間幾乎可以忽略的導通和關(guān)斷。這在噪聲和任何與硅相關(guān)的 Qrr 問題以及 99% 的效率結(jié)果方面具有優(yōu)勢

圖 6：CCPAK1212 開關(guān)波形

審核編輯 黃昊宇