性能优越
优越的功率器件必需具备以下6个特性：1)器件需要具备更低的传导损耗、更低的阻抗;2)开关必需更快速并在硬开关应用中如降压转换器
具备更低的损耗;3)更低的电容、更少充电及放电损耗;4)驱动器使用更少功率;5)器件更细小(缩小占板面积)及6)因为需要更高输出电流和功率密度而需要更低的热阻。
我们为工程师带来可支持意想不到的全新领域的功率器件。在电阻方面，之前我们在DC/DC转换器并联氮化镓场效应晶体管(eGaN FET)从而实现更高的输出电流。可是，这会增加元件的数量、成本及复杂性并降低功率密度。与第二代氮化镓器件相比，第四代eGaN FET可以大大降低阻抗，从而使得基于eGaN FET 的DC/DC转换器具备更大电流及高功率密度。如图1所示，采用第四代30 V 的eGaN FET的转换器的阻抗只是1 mΩ，即降低了阻抗达2.6倍。如果采用第四代100 V的eGaN FET，与第二代100 V的器件相比，阻抗只有2.4 mΩ，即降低了阻抗达2.3倍。
图1：第二代及第四代氮化镓器件的阻抗的比较。
Drain to source：漏源电压
此外，与等效的先进硅功率MOSFET相比，第四代eGaN FET减少硬开关FOM达5倍(200 V器件)、 8倍( 100 V器件)及 4.8倍(40 V器件)，见图2。
图2：第二代及第四代氮化镓器件的硬开关FOM并与硅功率MOSFET的比较。
至于封装方面，eGaN FET如果使用MOSFET的传统封装不会比MOSFET更好。如果使用芯片规模封装，结果却截然不同。图3是在PCB板上的一个典型晶体管的截面图。热量主要从两个途径散出：从焊锡接面散进PCB板(如RθJB展示)或从晶体的背部散出(RθJC)，之后，外壳至环境的热阻(RθCA)及电路板至环境的热阻(RθBA)将影响散热效率。虽然eGaN FET比先进的硅MOSFET的体积更小，使得热阻相对于可散热的面积来说应该增加了。然而，eGaN FET的封装具备超低的结点至电路板热阻(RθJB)并与MOSFET的封装的热阻相等。
图3：氮化镓器件的散热效率。
Silicon Substrate：硅衬底
Active GaN Device Region：活跃氮化镓器件区域
最重要的是，eGaN FET可以双面散热从而可以进一步提高其散热效率。至于从结点至外壳(RθJC)的热阻，除了30 V的MOSFET具有与eGaN FET可比的热阻外，在更高压时，eGaN FET具备无可匹敌的散热性能。
电源转换系统可提高效率
图4展示了eGaN FET与先进硅MOSFET模块相比较的电源转换效率，从实验结果可以看到，eGaN FET 12 V转1.2 V、40 A的负载点转换器工作在1MHz开关频率时可实现超过91.5% 效率。此外，一个采用eGaN FET的器件、48 V 转12 V、 40 A的硬开关降压转换器而成为一个非隔离型DC/DC中间总线转换器工作在300 kHz的频率时可以实现超过98%的效率(图5)。
图4：氮化镓器件可以提高DC/DC转换效率。
图5：eGaN FET在更高压的DC/DC转换器可以提高效率。
MOSFET Module：MOSFET 模组
Loss Reduction：损耗降低
Output Current：输出电流
Efficiency：效率
业界首个氮化镓IC
由于减少了需要互相连接2个分立式晶体管的板位，单片式半桥器件IC系列(EPC2100)可缩小占板面积大约 30%，从而缩小整体的系统尺寸，而且，因为速度增加了，因此可以去除功率环路电感。在1 MHz的工作频率下，分立式FET在更大电流下更具优势，这是由于下面的分立式FET具备更低的导通损耗。可是，在4 MHz时，单片式eGaN FET比分立式FET的性能优越很多，这是因为减小了寄生电感，改善了版图及技术(图6)。我们也可以利用更高压的单片式半桥eGaN FET(例如80 V 的EPC2105)高效地实现从48 V转至1 V的单级转换。
