GaN晶體管是當今存在的“最冷”組zu件jian之zhi一yi。它ta的de低di結jie電dian阻zu即ji使shi在zai高gao溫wen和he極ji端duan條tiao件jian下xia也ye可ke實shi現xian低di溫wen和he低di能neng量liang損sun耗hao。這zhe是shi該gai材cai料liao廣guang泛fan用yong於yu許xu多duo關guan鍵jian領ling域yu的de主zhu要yao原yuan因yin之zhi一yi
，在zai這zhe些xie關guan鍵jian領ling域yu中zhong，這zhe些xie領ling域yu往wang往wang都dou需xu要yao大da電dian流liu。為wei了le進jin行xing有you效xiao的de熱re管guan理li，當dang然ran在zai設she計ji和he結jie構gou層ceng麵mian上shang都dou需xu要yao使shi用yong適shi當dang的de技ji術shu。

 

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PCBshangdewulianzhuangweizhi

，dianqihezhanlvecengmiandesanrechengdujuyoujuedingxingdeyingxiang。zaixiangtongdegongzuotiaojianxia，zujianhesanreqidebutongweizhijuedinglezhenggexitongderexingnengchayi。yaoshiyonglianggeGaN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4suoshi。fuzaikenengfeichangda
，bingqiekaiguandianliuhuidadazengjia。shiyongzhexiefangfa，jishilengquexitongyebixufeichangyouxiao。butongdeshiyankenengyoubutongdesanrexitong，qizhongbaokuoyixiaceshi：

 

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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