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GaN电源器件


X-GaN Wafer Photo

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什么是GaN?

由于各种环境问题,石油资源消耗、能源有限等,节约能源已经成为全世界的一个重要课题。电气系统电源对节约能源的作用,就是迅速成为解决方案的重要组成。
尤其是在电能转换和消耗大量电能的控制系统工作时使用的电源器件,被视为“节约能源”的关键器件。因此对于优化此类器件的效率,将工作时的能耗降至最低是非常重要的。

电源器件的能耗主要来自两个方面

  1. 由于器件电流环路中的电阻产生的“传导损耗”。
  2. 在“开”和“关”状态过渡时产生的“开关损耗”。

为了减少这些能耗,必须“降低器件电流环路中的电阻”以及“提高开关速度”。

GaN具有降低电源器件能耗的潜力。“GaN(氮化镓)”是Ga(镓)和N(氮)的化合物,具有高击穿电压和低传导电阻的特性,可实现高速开关和微型化。传统硅晶体管需要更大的芯片面积以降低导通电阻,而GaN器件尺寸小(例如,寄生电容低),可轻松进行高速开关和微型化。

What is GaN

GaN是可以将电能损耗最小化并实现高速开关的下一代电源器件,具有以下特点:

  • 微型化
  • 高击穿电压
  • 高速开关
GaN是什么?功率电子器件市场的使用前景-第2部分
(点击图片观看视频)
点击这里观看整个故事。

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GaN的特点和特性

GaN拥有高电压电势、易于微型化和高速开关的特点,可使GaN实现高击穿电压和低传导电阻。

“高击穿电压”是由于GaN拥有宽禁带特性。禁带是材料接合处形成的、没有电子存在的一个区域。GaN的禁带比硅的要宽。因此GaN的击穿电压比硅更高。由于在相同的击穿电压下比硅器件的尺寸更小,因此GaN器件可以比硅器件更加微型化。另外,微型化可以减少寄生电容,从而提高开关速度。

“低传导电阻”是由于电源器件的导通电阻与电击穿的立方体成反比。也就是说,理论上GaN器件的导通电阻比硅器件的极限之要低大约3位数。此外,GaN器件拥有较高的电子饱和速度,可以适合高速应用。

Properties

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X-GaN的实现

GaN晶体管在实际应用中,存在GaN材料特有的2大课题。即:

  • 实现常关模式
  • 抑制电流崩塌现象

松下通过公司独有的技术,成功解决了这2个课题。

1.实现常关

 传统的GaN器件,一般为 “常开”型的。当Gate没有施加电压时,Drain就会有电流通过,为了抑制drain电流,就需要向gate施加负电压。
这样的话,如发生无法控制Gate的情况下(Gate无电压),电流就会一直处于流动状态,同时也会导致器件被烧坏,无法放心使用。
 所以GaN的实际应用过程中,必须首先确保实现与普通硅器件一样的“常关”,即在Gate电压为0时,drain也没有电流产生。

松下在Gate极采用P型GaN,通过消除Gate以下通道部位的电子,实现常关。

 常见的实现常关方法是在Gate结构上下功夫。即通过减少晶体管整个通道的电子数量来实现,从而降低Drain电流;但是,松下则是通过Gate采用P型GaN的方法来实现的。这种方法不是减少晶体管整个通道的电子数量,而是通过P型GaN材料特有的电气作用,达到消除P型GaN所在位置的Gate下面的电子。通过这项新技术,实现了晶体管低阻抗状态下常关模式。
 通过这种方式,松下的X-GaN同时实现了“常关”和“低通道内阻”。

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2. 电流崩塌

 「电流崩塌」是一种在施加高电压时由于电子聚集在通道旁边而造成开关阻抗增加的现象。该现象持续长时间发生的话,器件就会过热,导致器件损坏破坏和误动作。
 总之,客户使用产品条件范围,需要保留出足够的余量,确保无电流崩塌现象发生。

松下为了解决这个课题,开发了一种新的技术。即在Drain附近配置P型GaN,在施加高压时通过P型GaN不断注入空穴,使聚集起来的电子再次结合以达到消除电子的目的。

通过这项新技术,GaN 器件的电流崩塌课题得以根本解决,针对客户使用产品条件范围也有足够余量,达到了最大耐压850V也不会出现电流崩塌的现象。

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“X-GaN”诞生(课题与方案)-第3部分
(点击图片观看视频)
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应用

GaN电源器件是可以实现“极低器件电流环路电阻”和“高速开关”的新一代电源器件。
这些特点可以有效地应用到高效电源、混合动力汽车/电动汽车、或光伏逆变器。

GaN电源器件可以适用于以下一些案例:

  • 服务器和其他IT设备电源,可支持日益增长的信息数据处理。
  • 利用天然能源的高效和稳定电源
  • 快速扩展混合动力汽车/电动汽车设备
  • 等等

松下开发的GaN电源器件具有高效率、低散热和小尺寸,适合各种不同的应用,如电源、混合动力汽车/电动汽车、以及光伏逆变器和很多其他领域。

Applications

“X-GaN”的应用及其未来-第4部分
(点击图片观看视频)
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GaN的路线图


路线图

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样片与购买

■ 网上购买

  • Mouser
GaN Power Devices (X-GaN™) are now available for purchase online. Place Order
"X-GaN" power transistor devices and gate driver (AN34092B) are ES sample and can be used for "Technical Evaluation" only.
If you would like to use these devices for your mass production, you should contact us.


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产品一览

product number search
Loading...
*1 RoHS对应:EU RoHS(2011/65/EU)所禁止的6项物质,若全部不到临界值即「已对应」。
其中若仅有一项物质超出临界值则定义为「无对应」 (豁免用途除外)。具体内容请参照「EU RoHS指令适合确认报告书」 。
在表"-"的产品请咨询。
*2 REACH对应:关于2016年6月20日更新版中, ECHA候选物质清单中记载的SVHC169物质,
在"由卖方提供的部品信息"与"构成产品的部品"这两个信息中,
若出现SVHC每产品重量的SVHC含有超出0.1wt%的,即属于「含有SVHC」、全部为0.1wt%以下时,才可定义为「SVHC不含有」。

 *3 “X-GaN” power transistor ES samples can be used for "Technical Evaluation" only.
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Related Products


AN34092B

 Single-Channel "X-GaN" power transistor High-Speed Gate Driver
 AN34092B


 Gate driver AN34092B has the functions which are "Constant source current for turn ON" and "Adjustable negative voltage source".
 It makes to control "X-GaN" driver with a few external device and your design easily.

 More information, please click here

 Place Order ⇒ Icon

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Evaluation tool and boards



SDK-Lineup


Web Simulation tool (PowerEsim)


 PowerESim

  • Panasonic helps you get right design reference by X-GaN preliminary simulator for specific topology.
    Totem Pole PFC is one of the suite topology for GaN to achieve above 99% efficiency.

  Click Here ⇒ Login



Spice Models


Spice Models

  • X-GaN™ Spice Models are able to be DownLoad from Technical Support System.

  Download ⇒ Technical Support System



Summary of Evaluation Board

Note Availability
Chopper Board DFN 10A This board is the evaluation board for the switching characteristics of a GaN power transistor with "X-GaN" driver
PGA26E19BA-SWEVB006 New!

  ·GaN Device :                     PGA26E19BA
  ·Gate Driver :                     AN34092B ES
  ·Maximum input voltage :      DC 400V

  ...Get more information ⇒ IconTechnical Support System

Available

Place Order⇒ Icon

Half Bridge Board Half bridge evaluation board for the switching characteristics of a GaN power transistor with "X-GaN" driver
PGA26E07BA-SWEVB007 New!

  ·GaN Device :                     PGA26E07BA
  ·Gate Driver :                     AN34092B ES
  ·Maximum input voltage :      DC 400V
  ·Drain current :                   15A

  ...Get more information ⇒ IconTechnical Support System

Build-to-order
Half Bridge Board Half bridge evaluation board for the switching characteristics of a GaN power transistor with "X-GaN" driver
PGA26E19BA-SWEVB007 New!

  ·GaN Device :                     PGA26E19BA
  ·Gate Driver :                     AN34092B ES
  ·Maximum input voltage :      DC 400V
  ·Drain current :                   10A

  ...Get more information ⇒ IconTechnical Support System

Build-to-order
Chopper Board DFN 10A This board is the evaluation board for measuring the switching characteristics of the GaN power transistor at turn-on and turn-off.
PGA26E07BA-SWEVB002 New!

  ·GaN Device :                     PGA26E07BA
  ·Maximum input voltage :    DC 400V
  ·Hi speed switching:   (dV/dt:200V/ns)

  ...Get more information ⇒ IconTechnical Support System

Build-to-order
Chopper Board TO220 This board is the evaluation board for measuring the switching characteristics of a GaN power transistor at turn-on and turn-off.
  ·Maximum input voltage:   DC 400V
  ·Evaluation board for switching characteristics with an inductive load.

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Available

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Daughter Board You can evaluate GaN performance easily on the existing application board to replacing from conventional switching device to this daughter board. An appropriate GaN driver on the board.
  ·You connect only power supply and Gate signal pulse for this daughter board and can get proper GaN-Tr performance.

  ...Get more information ⇒ IconTechnical Support System

Available
(Limited stock)
LLC1 Board This is GaN performance Board with 1MHz operation capability.
  ·Input voltage:    DC 380V
  ·Output voltage:   DC 246V
  ·Output current:    3.7A
  ·Switching frequency 1.042MHz
Build-to-order
LLC2 Board This board is a Full Bridge LLC resonant DC/DC converter, which utilizes GaN-Tr for implementation and is intended to evaluate the GaN-Tr for the feasibility study before the engineering verification test.
  ·Input voltage:    DC 380V
  ·Output voltage:   DC 48V
  ·Output current:   20.8A
  ·Switching frequency:   320kHz

  ...Get more information ⇒ IconTechnical Support System

Build-to-order
TotemPole PFC Board This board is a Totem-Pole Bridgeless PFC, which utilizes GaN-Tr for implementation and is intended to evaluate the GaN-Tr for the feasibility study before the engineering verification test.
  ·Input voltage    AC 200V-260V
  ·Output voltage   DC 380V
  ·Output power   1200W
  ·Switching frequency  100kHz (fixed)

  ...Get more information ⇒ IconTechnical Support System

Build-to-order

Concept Demo

Compact Board

ALL-IN-ONE POWER SUPPLY
  • Power Density 30 W/in3 (1.83 W/cm3)

  ...Get more information ⇒ IconTechnical Support System









Reliability Information

*TO-220D PKG

Test Items Test Conditions item 1 Test Standard Evaluation quality Result
THB Tj=85C, RH=85%, Vds=480V, 1000h JEDEC
JESD22-A101
45 pcs × 3 lot PASS
HTRB Tj=150C, Vds=480V, 1000h JEDEC
JESD22-A108
45 pcs × 3 lot PASS
HTRB_G+ Tj=150C,Vgs=+4V, 1000h JEDEC
JESD22-A108
45 pcs × 3 lot PASS
HTRB_G- Tj=150C, Vgs=-12V, 1000h JEDEC
JESD22-A108
45 pcs × 3 lot PASS
HTS Tj=150C, 1000h JEDEC
JESD22-A103
45 pcs × 3 lot PASS
Intermittent Operation Test Tj=25C, ⊿Tj=100C, 2500cyc
1cyc:on/off=2min/2min
MIL-STD-750
Method 1037
15 pcs × 3 lot PASS
Temperature Cycling Test* -55C~150C,100cyc
1cyc:-55C(30min)→normal temp.(5min)→ 150C(30min)→normal temp.(5min)
JEDEC
JESD22-A104
45 pcs × 3 lot PASS
Solder Heat Resistance Test T=270±5C, t=10±1s JEDEC
JESD22-A113
45 pcs × 3 lot PASS
ESD Test (HBM) C=100pF, R=1.5kohm, ±1000V JEDEC
JS-001
3pcs each
 × 3 lot
PASS

* After Solder Heat Resistance Test









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SUZUKA8小时公路耐力赛

X-GaN Movie
松下新一代的X-GaN
历程
松下新一代的“X-GaN”
铃鹿赛车道上,使用X-GaN的动力辅助服
第1部分
铃鹿赛车道上,使用“X-GaN”的动力辅助服
GaN是什么?电力电子市场使用前景
第2部分
“GaN”是什么?电力电子市场使用前景
X-GaN的诞生(课题与方案)
第3部分
“X-GaN”的诞生(课题与方案)
X-GaN的应用及其未来
第4部分
“X-GaN”的应用及其未来

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GaN in the Exhibition

PCIM 2016

X-GaN Panasonic Gallium Nitride solutions at PCIM

APEC 2016

APEC 2016 was held in Long Beach , California, United States of America at March 20-24, 2016.

APEC 2016 X-GaN Power Solution
Interview 1:
APEC 2016 X-GaN Power Solution
APEC 2016 X-GaN Power Adapter
Interview 2:
APEC 2016 X-GaN Power Adapter

APEC 2015

2015年3月15 -2015年3月19,APEC2015年在美国北卡罗来纳州的夏洛特举行,

PCIM 2014

PCIM(电力转换智能运动)是欧洲的顶尖级会议,汇聚电力电子及智能运动,可再生能源,和能源管理等运用领域的专家。

2014年5月20 - 22日,该行业的关键人物聚集在纽伦堡。针对最具挑战性问题讨论了最新趋势和发展以及最先进的解决方案。

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