GaN晶體管是當今存在的“最冷”zujianzhiyi。tadedijiedianzujishizaigaowenhejiduantiaojianxiayekeshixiandiwenhedinengliangsunhao。zheshigaicailiaoguangfanyongyuxuduoguanjianlingyudezhuyaoyuanyinzhiyi
，zaizhexieguanjianlingyuzhong，zhexielingyuwangwangdouxuyaodadianliu。weilejinxingyouxiaodereguanli，dangranzaishejihejiegoucengmianshangdouxuyaoshiyongshidangdejishu。

 

這些參數取決於溫度

 

在功率GaN晶體管中，元件的兩個參數在溫度上起著重要作用：RDS(on) 具有相關的工作損耗，跨導具有相關的開關損耗。

 

維持低溫的原因很多：

 

在最惡劣的工作條件下防止熱失控

 

減少能量損失

 

提高係統性能和效率

 

增加電路的可靠性

 

良好的散熱設計也會對功率密度的變化產生積極影響。選擇良好的基板肯定會通過減少散熱器表麵（特別是在功率應用中）減少散熱麵

，從而有助於更好地散熱。

 

切換方式

 

不同開關方法的實施不可避免地意味著設計上的差異，尤其是最終性能上的差異。主要的是“ ZVS軟切換模式”和“硬切換模式”。傳熱以三種不同方式發生：

 

直接接觸

 

借助空氣或水等流體

 

通過輻射
，電磁波

 

圖1 清qing楚chu地di總zong結jie了le傳chuan熱re過guo程cheng。係xi統tong的de各ge個ge組zu件jian的de行xing為wei就jiu像xiang電dian阻zu一yi樣yang，通tong過guo電dian流liu遇yu到dao障zhang礙ai的de不bu是shi電dian流liu，而er是shi熱re量liang。從cong結jie到dao散san熱re器qi，熱re量liang通tong過guo傳chuan導dao發fa生sheng
，而er從cong散san熱re器qi到dao周zhou圍wei環huan境jing
，則ze通tong過guo對dui流liu發fa生sheng。

 

圖1：熱量通過各種方式從結點傳遞到周圍環境。

 

安裝技巧

 

GaN在PCB上(shang)的(de)物(wu)理(li)安(an)裝(zhuang)位(wei)置(zhi)


，電(dian)氣(qi)和(he)戰(zhan)略(lve)層(ceng)麵(mian)的(de)散(san)熱(re)程(cheng)度(du)具(ju)有(you)決(jue)定(ding)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)。在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)，組(zu)件(jian)和(he)散(san)熱(re)器(qi)的(de)不(bu)同(tong)位(wei)置(zhi)決(jue)定(ding)了(le)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)熱(re)性(xing)能(neng)差(cha)異(yi)。要(yao)使(shi)用(yong)兩(liang)個(ge)GaN晶體管，建議使用帶有M3型螺孔中心孔的小型散熱器。這樣，兩個組件上的壓力達到平衡（圖2a）。但是，我們絕不能增大GaNshangsanreqidejiya，yinweizhehuidaozhijixieyinglideweixianzengjia。ruguobixushiyonggengdadesanreqi，zebixuzuanlianggehuoduogekong，yizuidachengdudijianshaoanzhuangzhijiadewanquhuoniuqu（圖2b））。SMD組件是最容易彎曲的組件。應在開關組件附近開孔
，以增加對較冷表麵的附著力。

 

圖2：GaN散熱器的使用

 

jinguandianyuandianludeshejishichengshudejishu，danyingshizhonglaojifagui。shiyongsanreqishi，bixumanzuyouguansanredebiaozhunyijidianlushangzujianhezouxiandezuixiaojulisuoguidingdeyaoqiu。zaijulibixufuhefaguibiaozhundequyu，bixushiyongrejiemiancailiao（TIM）覆蓋散熱器的邊緣。這是為了改善兩個部分之間的熱耦合。還要避免在GaN器件附近放置通孔組件（THC）。為了優化空間
，可以使用基座來抬起散熱器，以允許將表麵安裝（SMT）組件放置在散熱器本身的正下方（請參見圖3）。

 

圖3：升高散熱器可優化空間。

 

GaN的並聯

 

為了顯著提高電路的功率


，可以並聯連接多個GaN晶體管

，如圖4所(suo)示(shi)。負(fu)載(zai)可(ke)能(neng)非(fei)常(chang)大(da)，並(bing)且(qie)開(kai)關(guan)電(dian)流(liu)會(hui)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)。使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)方(fang)法(fa)
，即(ji)使(shi)冷(leng)卻(que)係(xi)統(tong)也(ye)必(bi)須(xu)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)。不(bu)同(tong)的(de)實(shi)驗(yan)可(ke)能(neng)有(you)不(bu)同(tong)的(de)散(san)熱(re)係(xi)統(tong)，其(qi)中(zhong)包(bao)括(kuo)以(yi)下(xia)測(ce)試(shi)：

 

自然對流，無散熱器

 

帶獨立散熱器的強製冷空氣

 

與普通散熱器並聯的強製冷空氣

 

通過將設備的最佳特性與最佳散熱解決方案相結合，可以增加係統可以達到的最大功率。實際上，通過減小GaN晶體管之間的並聯連接的熱阻，可以實現該結果。

 

圖4：並聯連接GaN晶體管會增加功率並降低電阻。

 

SPICE模型

 

GaN Systems提供兩種不同的SPICE模型，即L1和L3模型（見圖5）。為了在熱實現下運行
，必須使用第二個模型。然而，在這種情況下
，寄生電感將更高。讓我們詳細了解兩種類型的模型之間的區別：

 

L1模型具有四個端子（G，D
，S
，SS）。它用於一般開關仿真
，其中仿真器的處理速度是最重要的。

 

L3模型具有六個端子（G，D
，S

，SS，Tc
，Tj）。加上了熱模型和寄生電感模型。

 

該模型基於組件的物理特征和設備的結構。根據模擬的目的，引腳Tj可用作輸入或輸出。通過這種方式，可以執行兩種不同類型的研究：

 

用作輸入時


，可以將引腳Tj設置為恒定值，以檢查特定Tj值下的E（開）/ E（關）比。

 

用作輸出時
，可以在靜態和瞬態模式下驗證引腳Tj。

 

圖5：GaN晶體管的SPICE模型

 

結論

 

GaN晶(jing)體(ti)管(guan)可(ke)提(ti)供(gong)出(chu)色(se)的(de)結(jie)果(guo)以(yi)及(ji)出(chu)色(se)的(de)散(san)熱(re)性(xing)能(neng)。為(wei)了(le)獲(huo)得(de)最(zui)大(da)的(de)功(gong)率(lv)性(xing)能(neng)



，甚(shen)至(zhi)以(yi)千(qian)瓦(wa)為(wei)單(dan)位(wei)，必(bi)須(xu)最(zui)大(da)化(hua)項(xiang)目(mu)的(de)電(dian)氣(qi)和(he)熱(re)量(liang)。如(ru)果(guo)對(dui)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)了(le)適(shi)當(dang)的(de)分(fen)析(xi)和(he)實(shi)施(shi)，它(ta)實(shi)際(ji)上(shang)可(ke)以(yi)在(zai)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)的(de)溫(wen)度(du)下(xia)處(chu)理(li)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)。要(yao)使(shi)用(yong)的(de)技(ji)術(shu)涉(she)及(ji)各(ge)種(zhong)參(can)數(shu)，例(li)如(ru)散(san)熱(re)器(qi)的(de)位(wei)置(zhi)，形(xing)狀(zhuang)和(he)高(gao)度(du)，焊(han)縫(feng)的(de)形(xing)狀(zhuang)和(he)尺(chi)寸(cun)，GaN器件的平行度以及開關頻率。GaN晶體管的使用案例在市場上越來越多
，其特點是支持更高的電壓和電流以及更低的結電阻，以滿足高功率領域公司的所有要求和需求。

 

 

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