功率氮化镓技术及电源应用热管理设计挑战
来自社会的压力越来越大，有关减少co2排放的法规越来越多，这正推动着从汽车到电信行业的投资，以提高电力转换效率和电气化程度。诸如绝缘栅双极晶体管（igbt）之类的传统基于硅的功率半导体技术从根本上限制了工作频率，速度，并且具有较差的高温性能和低电流特性。高压si fet的频率和高温性能也受到限制。因此，设计人员越来越希望在高效的铜夹封装中使用宽带隙（wbg）半导体。
功率氮化镓技术
过去几年中，gan技术，特别是硅上gan（硅上gan）高电子迁移率晶体管（hemt）技术已成为电源工程师的主要重点。提供许多应用所要求的高功率性能和高频开关的承诺是显而易见的。
在采用带引线的to-247封装中采用共源共栅模式技术之后，市场上出现了许多趋势，这些市场朝着r ds（开启），更好的开关品质因数（fom）和更低的电容方面的改进方向发展。
当涉及到器件稳定性和易操作性时，共源共栅配置可提供硅栅极的坚固且可靠的绝缘（电介质）栅极结构。这意味着共源共栅gan fet具有±20 v的有效栅极额定值（等于现有的硅超结技术），并且可以由标准的具有成本效益的栅极驱动器以简单的0-10或12 v驱动电压来驱动，同时提供较高的栅极阈值4v的电压可防止误导通。
图1：gan fet的双向特性
ccpak：具有久经考验的新型动力套件
自然地，gan技术和操作模式是关键，但与任何fet器件封装一样，它都起着至关重要的作用。随着市场转向更高的开关频率，传统封装（to-220 / to-247和d 2 pak-7）的局限性越来越明显。为了真正利用新型高压wbg半导体的优势，铜夹技术将优化电性能和热性能。
图2：ccpak1212的内部布置
nexperia提出了ccpak封装，以为power gan fet解决方案提供铜夹的优势。ccpak1212相当于to-247机身尺寸的约五分之一（21.4％），或者比d 2 pak-7紧凑的占地面积小10％，同时允许使用更低的rdson产品，
通过消除内部引线键合，ccpak的电感比含铅封装的电感低。图3中的表突出显示了ccpak1212和to-247工作在100 mhz时的比较，这导致总环路电感为2.37 nh，而几乎为14 nh。但是，铜夹式封装还有助于提供超低封装电阻，包括<0.5 k / w的热阻。
图3：自感@频率100 mhz
热性能和半桥优势
长期以来，热管理一直是电源应用的设计挑战。当设计中有用于容纳大体积散热器的空间时，将热量从电路板和半导体组件中带走相对容易。但是，随着功率水平以及功率和电路密度的增加，这变得更加难以处理。
gan和铜夹在热容量和热导率方面创造了650 v大功率fet的技术组合。
根据图4中的仿真，工程师估计ccpak的rth仅为0.173°c / w，而to-247的rth为0.7°c / w。
图4：热仿真功率gan fet（图5）
无论是ac / dc pfc级，dc / dc转换器还是牵引逆变器，大多数拓扑的基本构建模块都是半桥。因此，在简单的升压转换器中将gan fet与si fet进行比较时，gan技术表现出了卓越的性能。
nexperia的顶部冷却gan039-650ntb是半桥演示板中使用的解决方案-100 khz时400 v in和230 v out，占空比为57.4％，在环境温度23.1°c下工作。
图5：半桥演示效率
在i d为20 a的低端v ds的400 v dc降压模式设置中，在接通和关断期间，尖峰，过冲和振铃几乎可以忽略不计。这在噪声和任何与硅相关的qrr问题方面均具有优势，效率结果为99％
图6：ccpak1212开关波形
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图1：gan fet的双向特性
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图2：ccpak1212的内部布置
nexperia提出了ccpak封装，以为power gan fet解决方案提供铜夹的优势。ccpak1212相当于to-247机身尺寸的约五分之一（21.4％），或者比d 2 pak-7紧凑的占地面积小10％，同时允许使用更低的rdson产品，
通过消除内部引线键合，ccpak的电感比含铅封装的电感低。图3中的表突出显示了ccpak1212和to-247工作在100 mhz时的比较，这导致总环路电感为2.37 nh，而几乎为14 nh。但是，铜夹式封装还有助于提供超低封装电阻，包括<0.5 k / w的热阻。
图3：自感@频率100 mhz
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根据图4中的仿真，工程师估计ccpak的rth仅为0.173°c / w，而to-247的rth为0.7°c / w。
图4：热仿真功率gan fet（图5）
无论是ac / dc pfc级，dc / dc转换器还是牵引逆变器，大多数拓扑的基本构建模块都是半桥。因此，在简单的升压转换器中将gan fet与si fet进行比较时，gan技术表现出了卓越的性能。
nexperia的顶部冷却gan039-650ntb是半桥演示板中使用的解决方案-100 khz时400 v in和230 v out，占空比为57.4％，在环境温度23.1°c下工作。
图5：半桥演示效率
在i d为20 a的低端v ds的400 v dc降压模式设置中，在接通和关断期间，尖峰，过冲和振铃几乎可以忽略不计。这在噪声和任何与硅相关的qrr问题方面均具有优势，效率结果为99％
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