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【CASICON 2021】南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)雷建明:GaN功率開關(guān)器件及其高頻電源應(yīng)用

日期:2021-09-14 來源:半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)閱讀:607
核心提示:報(bào)告從器件、驅(qū)動、控制、拓?fù)潆娐返确矫嫒轿唤榻B針對性解決方案,重點(diǎn)討論新型器件工藝與結(jié)構(gòu)、矩陣式高頻平面變壓器、智慧監(jiān)管三大核心技術(shù),旨在實(shí)現(xiàn)超輕薄高頻電源,并基于該目標(biāo)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出可能的提升產(chǎn)品效率和工作可靠性方案。
GaN功率開關(guān)器件替換Si基MOSFET器件在高頻電源中的應(yīng)用,并非簡單意義上的直接替換。GaN基電源最大的特點(diǎn)是將電源工作頻率提高數(shù)十倍,然而,工作頻率的提高會帶來嚴(yán)峻的噪聲處理問題。另一方面,GaN器件閾值電壓低、抗噪聲能力弱,且存在固有的物理缺陷,可靠性問題同樣備受關(guān)注。
 
9月13-14日,“2021中國(南京)功率與射頻半導(dǎo)體技術(shù)市場應(yīng)用峰會(CASICON 2021)”在南京召開。本屆峰會由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主辦,并得到了南京大學(xué)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的指導(dǎo)。
雷建明
 
會上,南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)雷建明博士做了題為“GaN功率開關(guān)器件及其高頻電源應(yīng)用”的主題報(bào)告,報(bào)告從器件、驅(qū)動、控制、拓?fù)潆娐返确矫嫒轿唤榻B針對性解決方案,重點(diǎn)討論新型器件工藝與結(jié)構(gòu)、矩陣式高頻平面變壓器、智慧監(jiān)管三大核心技術(shù),旨在實(shí)現(xiàn)超輕薄高頻電源,并基于該目標(biāo)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出可能的提升產(chǎn)品效率和工作可靠性方案。
 
報(bào)告中分享指出,設(shè)計(jì)集成反并二極管的功率開關(guān)器件,并引入插入層使器件內(nèi)部電場平坦化,同時(shí)將峰值電場由器件體材料內(nèi)部轉(zhuǎn)移到鈍化層中,可同時(shí)提高器件的反向?qū)ㄌ匦砸约皳舸┨匦?,使器件反向損耗下降近60%,擊穿特性由傳統(tǒng)280V提升到650V。
 
設(shè)計(jì)矩陣式高頻平面變壓器,采用自重組技術(shù)使多個(gè)變壓器串并聯(lián)代替單個(gè)變壓器,減小單個(gè)變壓器的承載功率,降低變壓器高度達(dá)30%以上,實(shí)現(xiàn)超薄目標(biāo)。
 
相較傳統(tǒng)方式通過設(shè)計(jì)和加速實(shí)驗(yàn)來固化電源壽命,報(bào)告采用BIT多點(diǎn)監(jiān)測技術(shù),融入可靠性和壽命認(rèn)知算法及評價(jià)模型創(chuàng)建智慧監(jiān)管系統(tǒng),填補(bǔ)電源產(chǎn)品可靠性與壽命實(shí)時(shí)在線監(jiān)管空白。開發(fā)了高功率密度PD協(xié)議充電器系列、LED屏電源系列和6.6kW高鐵輔助電源等產(chǎn)品。
 
以400W顯示屏電源為例,相比傳統(tǒng)產(chǎn)品,通過采用改進(jìn)方案后,其工作效率提升了3.5%,達(dá)到93.5%;功率密度提升1倍,達(dá)到2.3W/cm3;高度減少了30%,薄至20mm;同時(shí)具備可靠性與壽命實(shí)時(shí)監(jiān)管功能。
 
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