DigiKey 提供的功率 GaN 产品和资源

在我的收件箱和所关注的流媒体中，GaN 相关技术内容的出现频率越来越高。大部分内容都在讨论，GaN 相比传统硅器件具有更高的能效和更小的尺寸优势。当前 GaN（氮化镓）技术正在不断地运用到电源设计领域，从无线充电到电信基础设施，应用广泛。有鉴于此，我认为提供一些背景信息，并简要介绍一下 DigiKey 目前供应的相关 GaN 产品和资源，应该会对您有所帮助。

什么是 GaN？

氮化镓 (GaN) 是一种宽带隙半导体材料，可实现高电子迁移率。相较于传统硅晶体管，GaN 晶体管电流更大、开关速度更快和物理尺寸更小。此外，还有增强型 GaN (e-GaN) 和共源共栅耗尽型 GaN（共源共栅 d-GaN）开关架构。

（图片来源：Texas Instruments）

e-GaN 开关是常闭型 GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT)，工作方式与普通 MOSFET 类似，但在栅极驱动电路设计方面，需要投入更多精力。因此，建议采用专门为 e-GaN HEMT 开关设计的栅极驱动器。共源共栅耗尽型 GaN 开关采用共源共栅结构，将耗尽型（常开）GaN HEMT 与硅 MOSFET 串联。在共源共栅开关中，可由硅 MOSFET 控制 GaN HEMT 的导通和关断，因此可以使用标准 MOSFET 栅极驱动器。此外，也有集成 GaN HEMT 和相关 GaN 栅极驱动电路的零件提供。

（图片来源：Infineon）

GaN 应用

随着市面上推出相关产品的供应商日渐增多，GaN 的电源应用也日趋常见。相较于硅器件，GaN 器件的优势包括开关频率更高、损耗更低、物理尺寸更小，因而在空间受限且要求高能效的电源电路设计中，工程师得以拥有更多选择。在具有高能效或严格物理空间要求的应用中，GaN 器件的优势最为显著。应用市场包括服务器、电信、适配器/充电器、无线充电和 D 类音频。

GaN 产品

GaN FET、驱动器和集成器件，均可在 DigiKey 订购。制造商包括 EPC、Infineon、Navitas、Texas Instruments 和 Transphorm。

EPC

（图片来源：EPC）

EPC 自 2009 年开始推出商用增强型 GaN (eGaN®) 晶体管，现已提供品类丰富的 GaN FET 和集成 GaN 器件。FET 具有单晶体管和晶体管阵列两种。单晶体管的额定 Vdss 高达 200 V，连续 I_D 高达 90 A (TA = 25℃)。晶体管阵列则提供双共源、半桥和半桥 + 同步自举配置。选用栅极驱动器时，建议参考 EPC 的 How2AppNote 005。EPC2152 是单芯片驱动器加 eGaN FET 半桥功率级，采用了 EPC 专有的 GaN IC 技术。输入逻辑接口、电平转换、自举充电和栅极驱动缓冲电路以及配置为半桥的 eGaN 输出 FET 均集成在一个单片芯片中。因此使得这款芯片级 LGA 封装器件尺寸仅为 3.9 mm x 2.6 mm x 0.63 mm。

EPC 提供的器件采用芯片级封装，而 GaN 晶体管本就比硅晶体管小得多，因此两者结合则显著缩减了器件尺寸，使得 PCB 占用面积更小，成本更低。由于硅器件尺寸较大而无法实现的设计，使用封装更小而性能更出色的 GaN 即可实现。另外，EPC 还推出适用于这类 FET 和 IC 的评估板和演示板。这些电路板随附快速入门指南、原理图、BOM 和 Gerber 文件。

Infineon

Infineon 提供采用硅 (Si)、碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 技术的半导体功率器件。在 GaN 技术方面，Infineon 推出 600 V 的 CoolGaN™ 增强型（常闭）GaN 功率晶体管和 EiceDRIVER™ 单通道隔离栅极驱动器 IC，可用于高压 GaN 开关。1EDF5673K、1EDF5673F 和 1EDS5663H EiceDRIVER™ 栅极驱动器 IC 与 CoolGaN™ 功率 FET 高度互补。GaN EiceDRIVER™ 系列的主要优点包括正负栅极驱动电流、断相期间将栅极电压稳固保持在零位，以及一体式电隔离。

（图片来源：Infineon）

EVAL2500WPFCGANATOBO1 是一款 2500 W 的图腾柱全桥功率因数校正评估板，使用了 CoolGaN™ FET 和 GaN EiceDRIVER™ 驱动器 IC。EVALAUDAMP24TOBO1 基于 e-mode GaN HEMT 的评估板是一款针对高端 Hi-Fi 音频系统的 2 通道、225W/通道（±43 V 时 4 Ω）或 250W/通道（±63 V 时8 Ω）半桥 D 类音频功率放大器。

Navitas

Navitas 提供 GaN 功率集成电路。这些 IC 属单片式 GaN 芯片，集成了 GaN 功率 FET、栅极驱动器和逻辑电路。由于在单个芯片上集成了完整的电路，因此在尺寸、开关速度、能效和易于集成方面均具有显著优势。NV6113、NV6115、NV6117、NV6123、NV6125 和 NV6127 都是单通道开关器件，可用于降压、升压、半桥和全桥等拓扑。NVE031E 是一款使用 NV6115 的电源演示板。

Texas Instruments

Texas Instruments 同时提供 GaN 驱动器和集成式 GaN 功率级器件。GaN 驱动器使设计人员选择输出 FET 时更具灵活性，以满足特定要求。集成式功率级器件可以最大限度地降低寄生电感，从而提高开关性能，减少板空间。

TI 的 GaN 驱动器包括 LMG1205、LMG1210、LMG1020、LMG1025 和 LM5113-Q1。LMG1205 半桥驱动器旨在驱动采用同步降压、升压或半桥配置的高压侧和低压侧增强模式 GaN FET。LMG1210 与 LMG1205 的功能相近，但开关性能更出色，通过电阻可设置空载时间，并且内部 LDO 的 VDD 范围更宽。LMG12xx 评估板包括 LMG1205HBEVM 和 LMG1210EVM-012。LMG1020 和 LMG1025 是单通道低压侧驱动器，适合在高速应用中驱动 GaN FET 和逻辑电平 MOSFET。LMG1020EVM-006 和 LMG1025-Q1EVM 是针对这些器件的评估板。LM5113-Q1 半桥驱动器通过了 AEC-Q100 认证，旨在驱动汽车应用中采用同步降压、升压或半桥配置的高压侧和低压侧增强型 GaN FET 或硅 MOSFET。其评估板是 LM5113LLPEVB。

（图片来源：Texas Instruments）

TI 的集成式功率级器件包括 LMG3410、LMG3411 和 LM5200。LMG3410 和 LMG3411 集成了 600 V 的 GaN FET 和保护电路。LMG34xx 的评估板包括 LMG3411EVM-029、LMG34XX-BB-EVM、LMG3411EVM-018 和 LMG3410EVM-018。LMG5200 集成了两个 80 V GaN FET，并由一个采用半桥式配置的高频 GaN FET 驱动器驱动。该产品的评估板包括 LMG5200EVM-02 和 BOOSTXL-3PHGANINV。

Transphorm

最后一个厂商是 Transphorm，其提供的 GaN 功率开关基于采用共源共栅配置的常闭低压硅 MOSFET 和常开高压 GaN HEMT。

（图片来源：Transphorm）

Transphorm 的 GaN 器件类似带低电荷体二极管的超快速 FET。相较于传统硅器件，它具有恢复电荷低、恢复时间短的性能优势。这些开关器件的上升时间极快 (<10 ns)。650 V 和 900 V 器件均可订购。此外，还有提供了多款评估板，包含 AC/DC 转换器和 DC/AC 逆变器。

其它资源：

1 - DigiKey 的参考设计库中包含了多个基于 GaN 的参考设计。