在“雙碳”的背景下，幾乎所有的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)都在面臨深刻的低碳轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。小到氮化鎵充電器，大到含有氮化鎵的白色家電、電動(dòng)汽車，甚至是在數(shù)據(jù)中心、通信電源、光伏逆變器、電力輸送等應(yīng)用中，氮化鎵正成為提高功率密度和電源效率的關(guān)鍵技術(shù)。在各大廠商積極布局并推進(jìn)氮化鎵器件在工業(yè)端的應(yīng)用時(shí)，TI通過端到端的技術(shù)支持，和為滿足高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求而設(shè)計(jì)的專業(yè)器件系列，來幫助設(shè)計(jì)人員在高壓電機(jī)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高效性和高可靠性。

我們知道，高壓應(yīng)用的一個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)是效率，而氮化鎵可以助力器件同時(shí)實(shí)現(xiàn)高壓、高效、高可靠性、小體積等多重特點(diǎn)。那么如何在不增加系統(tǒng)成本的前提下設(shè)計(jì)更小巧、更高效、更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器呢？日前，TI的第一款氮化鎵智能功率模塊DRV7308——適用于250W電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用的先進(jìn)650V智能電源模塊(IPM)上市。該IPM集成了德州儀器的氮化鎵技術(shù)，助力家電和暖通空調(diào)系統(tǒng)逆變器達(dá)到99%以上效率，且無需外部散熱器。同時(shí)得益于<200ns的業(yè)界超低死區(qū)時(shí)間和低傳播延遲，DRV7308可減少聽覺噪音和系統(tǒng)振動(dòng)。借助GaN技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更高的功率密度，使電機(jī)逆變器印刷電路板的尺寸可縮減高達(dá)55%。

德州儀器系統(tǒng)工程師張宏亮先生表示：“從高壓功率變換到高壓檢測(cè)，高壓隔離，以及高壓實(shí)時(shí)控制，TI提供的模擬和嵌入式器件能夠形成合力，簡(jiǎn)化高壓系統(tǒng)的設(shè)定，確保在極其惡劣的操作條件下，實(shí)行出色的效率、準(zhǔn)確性、隔離和控制?！?

在效率方面，DRV7308集成了六只氮化鎵的先進(jìn)智能功率模塊IPM，通過采用氮化鎵技術(shù)，工程師可以實(shí)現(xiàn)99%以上的驅(qū)動(dòng)器效率，并且改善了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱，與現(xiàn)有的IGBT和MOSFET的解決方案相比，功率損耗減少50%以上，提高系統(tǒng)可靠性并延長(zhǎng)使用壽命。此外氮化鎵器件實(shí)現(xiàn)了業(yè)內(nèi)較低的死區(qū)時(shí)間和較低的傳播延遲，它也支持更高的脈寬調(diào)整開關(guān)頻率，從而減少聽覺噪音和系統(tǒng)振動(dòng)。與現(xiàn)有解決方案相比，集成式GaN技術(shù)提高了功率密度、縮減了解決方案尺寸并降低了成本，可適用于150W至250W電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的業(yè)界超小IPM。同時(shí)集成電流檢測(cè)放大器、保護(hù)功能和逆變器級(jí)，最重要是它不再需要外部散熱體。與基于IGBT和MOSFET的解決方案相比，可以將電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器的印刷電路板尺寸縮減高達(dá) 55%。

下圖展示TI的氮化鎵智能功率模塊和傳統(tǒng)的IGBT智能功率模塊之間的效率比較。在250W的系統(tǒng)效率測(cè)試中，可以看到在不同的負(fù)載下，使用氮化鎵智能功率模塊的電機(jī)逆變器效率提高了1.9%-2.6%，且不需要額外的散熱器。

為何此效率對(duì)于滿足更高的標(biāo)準(zhǔn)非常重要，德州儀器銷售與市場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)理Charlie Munoz舉了一個(gè)例子來說明。對(duì)于暖風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，新的SEER評(píng)級(jí)為14，因此要求系統(tǒng)的效率達(dá)到85%，而以前的標(biāo)準(zhǔn)要求系統(tǒng)的效率僅為80%，那么現(xiàn)在就可以通過DRV7308的99%高效率來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)85%整體效率的要求，且不需要增加電機(jī)的成本?；蛘咝什蛔兊那闆r下使用較低成本的電機(jī)，因?yàn)樵谶@些應(yīng)用中，電機(jī)的成本在整個(gè)系統(tǒng)成本中的占比較高。

在體積尺寸方面，IGBT 的智能功率模塊需要外部散熱器來散熱，而且散熱器的體積比較大，需要占用較多的板面和空間，而TI的氮化鎵智能功率模塊，采用業(yè)內(nèi)較小的封裝尺寸12mmx12mm，并且擁有更高的效率，因此可以實(shí)現(xiàn)在無散熱器的情況下輸出250W功率。與250W IGBT解決方案相比，緊湊的尺寸，以及帶有電流檢測(cè)放大器和保護(hù)功能的先進(jìn)的氮化鎵智能功率模塊，使得電路板的尺寸縮減高達(dá) 55%。

在可靠性方面，電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的使用壽命取決于它的工作溫度，而DRV7308的高效率和高集成度，可以減少電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱，進(jìn)而提高系統(tǒng)的整體可靠性，并延長(zhǎng)使用壽命，而每個(gè)氮化鎵FET的短路保護(hù)功能及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的二級(jí)電流保護(hù)功能，也可以提高系統(tǒng)的可靠性。

德州儀器銷售與市場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)理Charlie Munoz表示：“采用12mmx12mm、60引腳四扁平無引線(QFN)封裝的DRV7308是德州儀器氮化鎵智能功率模塊中的第一款，目前DRV7308已經(jīng)發(fā)布，并且開始小批量生產(chǎn)，可提供評(píng)估模塊，設(shè)計(jì)工程師可通過 TI.com 購(gòu)買。TI也正在開發(fā)其他的產(chǎn)品，未來會(huì)有更多的產(chǎn)品滿足更高和更低功率應(yīng)用的需求?！?

如今氮化鎵應(yīng)用范圍日趨廣泛，借助氮化鎵的高效電能轉(zhuǎn)換特性，能夠幫助我們實(shí)現(xiàn)光伏、風(fēng)電，直流特高壓輸電，新能源汽車、工業(yè)電源、機(jī)車牽引、消費(fèi)電源等領(lǐng)域的電能高效轉(zhuǎn)換，助力碳達(dá)峰，碳中和的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。借助全新的DRV7308氮化鎵智能功率模塊，TI再一次為全球各行業(yè)帶來了更高效、更可靠的能源管理解決方案。未來TI將繼續(xù)致力于推動(dòng)可持續(xù)的半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新，通過減少能源消耗，發(fā)展綠色能源，支持循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在生產(chǎn)和非生產(chǎn)環(huán)節(jié)深度踐行可持續(xù)發(fā)展。