SuperGaN使氮化鎵產品更高效
1 專注GaN的垂直整合
Transphorm 是GaN（氮化鎵）功率半導體領域的全球領先企業，致力于設計和制造用于新世代電力系統的高性能、高可靠性650 V、900 V 和1 200 V（ 目前處于開發階段）氮化鎵器件。
Transphorm 擁有1 000 多項專利，氮化鎵器件為單一業務。Transphorm 是唯一一家以垂直整合商業模式運營的上市公司，這意味著在器件開發的每個關鍵階段，我們均能做到自主可控和創新——包括GaN HEMT 器件設計、外延片材料、晶圓制程工藝，直至最終氮化鎵場效應晶體管芯片。因此，我們的氮化鎵器件能夠使效率超過99%、將功率密度提高50%、以及將系統成本降低20%。
Philip Zuk(Transphorm業務發展和市場營銷高級副總裁)
2 SuperGaN的優勢
Transphorm 的 SuperGaN? 技術是一種共源共柵（cascode）結構的常閉耗盡型（normally-off d-mode）氮化鎵平臺。該平臺特點使得SuperGaN 具備了增強型（e-mode）氮化鎵所不能比擬的優勢，包括：
● 業界領先的可靠性（FIT< 0.03）；
● 較高的飽和電流可減少對并聯器件的需要；
● 基于基礎物理特性的極低電阻溫度系數（TCR）；
● 由于器件復雜度低，并具有出色的柵極安全裕度（±20 V 柵極穩健性和4 V 抗噪性），因而易于設計；
● 可與現成驅動器配對，因而易于驅動；
● 易于制造（具有與硅器件相似的良率）；
● 良好的設計多樣性（可提供即時替代的封裝；可提供高性能封裝，能用單個Transphorm 器件替代多個并聯的e-mode 氮化鎵器件或硅器件）；
● 業界最多的器件封裝選擇（SMD、TO-XXX、TOLL、TOLT 等） 。
最終，上述優勢使 Transphorm 的高壓氮化鎵場效應晶體管產品組合能夠滿足當今廣泛的市場應用、支持最寬的功率級范圍（45 W~10+ kW）。這些市場應用包括：電源適配器/ 充電器；電腦游戲/ 算力應用PSU；數據中心 PSU；航天航空PSU；廣泛的工業系統（高可靠的電源模塊、UPS 等）；可再生能源/ 太陽能光伏微型逆變器；電動出行系統。
3 平臺類型不同，導致GaN產品差異
業界普遍存在一種誤解，即認為無論平臺類型如何（e-mode 或 normally-off d-mode），所有氮化鎵器件都是一樣的。然而事實并非如此。
據我們了解，一些客戶對使用氮化鎵技術心存顧慮，因為有過使用e-mode 氮化鎵解決方案出現現場失效的負面體驗。我們的理解是，這些故障要么是由于性能和可靠性問題，要么是由于e-mode 的柵極安全裕度較低，以及定制驅動器要求產生的復雜性，給電力系統的基本設計帶來了困難。
這些是Transphorm 選擇開發normally-off d-mode平臺的幾個原因。在我們的SuperGaN 平臺中，氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）與一個低壓硅MOSFET 配對，這種配對解決了e-mode 經常會面臨的問題。由于硅MOSFET 電壓較低，因此SuperGaN 器件可由眾所周知的常用硅驅動器驅動，簡單易使用，同時還擁有硅管的穩健性和可靠性，并可發揮出GaN HEMT自身的全部性能優勢。
SuperGaN 技術平臺的豐富設計經驗、性能和可靠性，是Transphorm 氮化鎵器件目前被前面所列市場中45 W~7 kW+ 應用所廣泛采納的原因，也是我們能夠推出900 V 平臺、并正在開發1 200 V 平臺的原因。1 200 V 的電壓使氮化鎵成為電動出行應用中極具吸引力的解決方案，因而對碳化硅（SiC）技術構成挑戰。目前還沒有任何一家e-mode 器件制造商號稱具有相同能力。
氮化鎵剛剛進入市場的初期，我們與客戶合作進行應用開發的過程中，還了解到一些其他的次要挑戰。這些挑戰與固件開發有關：當時，習慣于模擬系統的電力系統市場對固件開發還有些陌生。Transphorm 通過與Microchip 公司合作，將后者的 dsPIC 數字電源插件模塊 (PIMs) 納入我們的參考設計中，從而解決了這一問題。為客戶提供預編程固件選項，讓客戶可以接觸到既Microchip 的支持工具和團隊，以進行定制固件開發。
4 小結
如上所述，Transphorm 的氮化鎵平臺可以幫助客戶經常遇到的一些技術問題。我們引以為傲的是，Transphorm 創造了氮化鎵行業的許多“第一”，幫助市場和客戶認識到氮化鎵技術優異的穩健性、高性能和可靠性——因此，可以作為顛覆各應用市場的功率轉換技術。我們已經幫助許多客戶向市場推出了改變舊有形態的新產品，如革命性的醫療設備電池系統、便攜式發電機、世界上首個集成化微型逆變器系統、高性能UPS系統等。我們也期待能幫助更多客戶實現同樣的目標。
（本文來源于EEPW 2023年10月期）
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