技术干货丨高性能系统如何从GaN和低压MOSFET中受益

Gabriele Clapier，Power System Marketing Manager

随着汽车、工业和机器人应用对效率、功率密度和可靠性的要求不断提高，功率半导体技术也取得了长足的发展。氮化镓（GaN）和低压MOSFET是推动这一发展的两项最具影响力的创新。Renesas一直处于这些进步技术的最前沿，为这些要求苛刻的行业提供量身定制的高性能解决方案。在这里，我想探讨GaN和MOSFET在这些应用中的作用、它们的优势和挑战，并探讨一些行业用例。

GaN和Cascode D-Mode架构的优势

与传统的硅基器件相比，GaN具有许多优势，包括更高的效率、更快的开关速度和卓越的热性能。这些优势源于GaN较低的导通电阻和更少的栅极电荷，这有助于降低导通和开关损耗。GaN还允许更高的开关频率，从而实现更紧凑、更高效的电力电子设计。

GaN最有效的实现方式之一是Cascode D-Mode（耗尽模式）配置，通过常开GaN高电子迁移率晶体管 （HEMT）与低压硅MOSFET配对，以创建常闭器件。

这种组合可以发挥GaN的高效率和快速开关特性，同时保持了使用传统硅栅极驱动器的易控制的特性。 Cascode方法提供更强的耐用性、高电压作以及与现有电路拓扑的兼容性，使其成为高效电源应用的首选解决方案。在D-Mode架构白皮书中阅读更多内容。

主要应用–能源、电动汽车充电、电机控制和汽车

可再生能源的兴起也增加了对便携性和高效系统的需求。基于GaN的解决方案被广泛使用，因为它们支持紧凑、轻便和高效的USB-C电源系统，通过提供更快的充电和更高的能源转换率，实现便携性的设计目标。

有关更多详细信息，请参阅240W USB PD AC/DC适配器解决方案，并查看电源适配器和充电器解决方案页面了解更多资源。

随着电动汽车的加速采用，智能充电解决方案对于效率和监控至关重要。基于GaN和MOSFET的电力电子器件可帮助实现这关键系统的高效率、低散热和快速开关速度的目。访问这些应用页面，了解这如何有利于X-in-1集成和其他安全、高效且可扩展的电动和混合动力汽车（EV/HEV）解决方案。

现代AI驱动型电机控制解决方案利用GaN和低压 MOSFET来提高精度和效率。边缘AI在机器人和工业自动化中发挥着重要作用，可实现实时调整、预测性维护和更高能源效率。基于AI的控制算法与高性能功率器件的集成确保了卓越的电机性能，同时降低了能耗。 高压GaN技术通过降低损耗和提高功率密度，正在彻底改变功率转换，这些进步使工业和汽车应用都受益。 基于高压GaN的转换器可实现更紧凑、更轻便的设计，并具有卓越的功率转换能力。在1.2kW高压GaN逆变器解决方案中查看其实际应用。在电机驱动和机器人应用页面上查看其他高功率交流驱动器设计。

GaN FET和MOSFET通过实现最小的功率损耗、更强的安全性和稳健的性能，在汽车应用中发挥着至关重要的作用。例如，在上述EV系统中，将多种动力功能集成到单个X-in-1E-Axle解决方案中，可显著提高效率并降低系统复杂性。氮化镓技术提高了功率转换效率，减小了尺寸和重量，最终延长了行驶里程和可靠性，这是将逆变器、车载充电器（OBC）、DC/DC转换器和配电单元（PDU）组合在一起时的关键因素。查看其他EV充电基础设施解决方案以了解更多信息。

在不断增长的电动两轮车市场中，高效的48V无刷直流 （BLDC）电机控制解决方案至关重要。具有优化 FOM（品质因数，RDSon xQG）的低压MOSFET可实现更高的开关频率、更低的损耗和更好的热性能，从而可帮助实现紧凑、轻便的动力系统，延长电池寿命并改善加速性能。

总结

GaN和低压MOSFET正在彻底改变多个领域的电力电子技术，瑞萨电子通过为可再生能源、电动汽车充电、电机控制和下一代汽车架构提供高效、高性能的解决方案来推动这些创新。随着技术的不断进步，这些技术将进一步提高未来工业和汽车应用的能效、可靠性和集成度。

要了解有关瑞萨电子GaN和MOSFET解决方案的更多信息并获取数据手册和样品，请查看我们的GaN功率分立器件和功率MOSFET网页。要了解我们所有的系统解决方案和框图并加快您的开发周期，请访问应用解决方案页面。

D-Mode架构白皮书

https://www.renesas.cn/zh/document/whp/fundamental-advantages-normally-d-mode-gan?r=25574515

电源适配器和充电器

https://www.renesas.cn/zh/applications/consumer-electronics/power-adapters-chargers

电机驱动和机器人

https://www.renesas.cn/zh/applications/industrial/motor-drives-robotics

 EV充电基础设施 

https://www.renesas.cn/zh/applications/industrial/renewable-energy-grid

GaN功率分立器件

https://www.renesas.cn/zh/products/power-discretes/gan-power-discretes

功率MOSFET

https://www.renesas.cn/zh/products/power-discretes/power-mosfets

应用

https://www.renesas.cn/zh/applications