TI放大招：GaN车载充电器让电动汽车更轻快
发布时间：2020-11-23 17:12
发布者：eechina
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电动汽车要比同样尺寸的传统燃油车重很多。除了笨重的电池，电动汽车还要随时带着车载充电器。因为充电桩并非无处不在，所以车载充电器是十分必要的。 但车载充电器也是有重量的。在保证充电功率的情况下，我们希望它越小、越轻越好。现在SiC技术的车载充电器已经很好了。但可以更好。 最近，美国德州仪器公司（Texas Instruments，简称TI）推出了其首款带集成驱动器、内部保护和有源电源管理的车用GaN FET。这款产品意义非凡，它开启了GaN功率技术应用于新能源汽车的新时代。 我们都知道，氮化镓（GaN）功率器件是下一代热点电源技术，具有功率密度大、效率高、开关频率高等优点，能显著提升供电系统的效能并大幅缩小尺寸。有些厂商几年前就已经开始宣传自己的GaN技术。目前，一些GaN技术的手机和笔记本电脑充电器已经面市。 在这些消费类电源产品中你并看不到TI的GaN芯片，似乎TI在GaN技术方面缺失或落伍了。实则不然。TI很早就退出消费电子这个红海市场了，它的主要目标是工业、通信、汽车等利润丰厚的高端市场。实际上，TI在10年前就已启动了GaN技术的研发，其主要目标依然是工业和汽车市场。 然而，汽车市场要求十分严苛。产品必须足够可靠、达到车规才可以用于汽车。TI的GaN汽车功率芯片可靠吗？ 据德州仪器高压电源应用产品业务部氮化镓功率器件产品线经理Steve Tom先生介绍，迄今为止，TI已经对GaN器件完成了4000多万小时的可靠性测试。测试在专门的实验室进行，针对硬开关和软开关都进行了大量可靠性测试。硬开的情况下，功率等级在4000瓦以上，测试持续一周，同时进行数据采集来判断和分析GaN的可靠性。另外还有浪涌测试。器件可以承受高于720伏的浪涌，在过压的情况下顺利完成开关。基于这样的测试，TI认为GaN可以用于对可靠性要求非常高的汽车和工业领域。 那么，与目前常用的SiC车载充电芯片相比，TI的GaN芯片有何优势呢？Steve Tom说，研发一开始TI就从长远考虑，选用了硅基GaN技术，其成本会比碳化硅低很多。由于GaN比碳化硅开关频率更高以及拥有更好的开关特性，能让车载充电器的尺寸减少50%。 硅基GaN具有集成度高的优势。TI将驱动电路集成在了硅基层上，提高了可靠性，也便于量产并降低成本。据介绍，TI的汽车级GaN能够提供大于150 V /ns和大于2.2 MHz的切换速度。高压摆率和高切换速度能够将电路中的磁元件减少的更小，通过集成可以将功率磁元件体积减少59%，以及减少十多个组件需求。TI的智能死区自适应功能可减少设备在死区的时间，从而将PFC中第三项象限损耗降低了66%。这些都有利于提高功率密度和转换效率。 此外还有封装技术。TI的GaN FET采用底部和顶部冷却的12×12 QFN封装设计，可实现散热设计的灵活性。与水平接近的竞品相比，TI的产品据称能够减少23%的热阻抗。 TI最新推出的这个650V、30mΩ汽车GaN FET型号为LMG3525R030-Q1，它具有2.2MHz集成栅极驱动器和保护功能。TI为之配备了评估板LMG3525EVM -042，它带有两个GaN FET，并在半桥中配置了所有必需的偏置电路和逻辑 /功率电平转换功能。还有必要的功率级和栅极驱动高频电流环路安全封装在电路板上，最大程度地减小了寄生电感，降低电压过冲并提高性能。评估板配置为具有插座式外部连接，可轻松与外部功率级连接，以在各种应用中运行。据德州仪器高压电源应用产品业务部应用工程师张奕驰先生介绍，通过散热片散热，这款评估板可输出5kW的功率；通过液冷散热，功率可高达6kW甚至7kW。 
此次与汽车级产品同时推出的还有一款600V工业级GaN FET，型号是LMG3425R030。它也具有集成驱动器和保护功能，转换效率高达99％。 |
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