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Imec和EUROPRACTICE宣布GaN设计竞赛的获胜者

2021/11/1 17:26:11      材料来源:化合物半导体

竞赛旨在激发电力电子领域的创新,使用 GaN 技术制造更高功率、更小、更快的组件


比利时研究中心Imec和 EUROPRACTICE(欧盟研究组织联盟)宣布了2021年GaN-IC设计竞赛的获胜者。

 

该竞赛旨在鼓励使用 Imec 的 GaN 技术进行电力电子电路单片集成的电力电子应用创新。获奖项目名为“带集成驱动器和控制电路的高压半桥——全 GaN”,由一组有亚琛工业大学(RWTH Aachen University)集成模拟电路和射频系统教席的研究团队提交。

 

ESAT-MICAS 提交的来自鲁汶大学(KU Leuven)和汉诺威莱布尼兹大学(Leibniz University Hannover)的提案分别排在第二和第三位。获胜的设计将在Imec即将于2021年10月下旬开始的 650V GaN-IC 多项目晶圆 (MPW) 运行中进行原型设计。(上图是切割的 GaN 晶圆,与获胜者能够与Imec生产的产品类似。)

 

GaN-IC 的单片集成

 

电力电子行业正在寻找新的方法来制造更高功率、更小、更快的组件,以增加设备的功率密度。为此,公司可以采用 GaN (GaN) 技术,制造具有更高击穿强度、更快开关速度和更低导通电阻的功率器件。换句话说,GaN 技术在系统性能和效率、物理空间规格和封装成本方面明显优于硅基功率芯片。而且它能在更高的温度下工作。这引起了广泛的行业领域的兴趣——从汽车和消费电子公司到数据中心解决方案的供应商。

 

今天的基于 GaN 的电源芯片已经将开关模式电源 (SMPS) 的工作频率和效率提升到了创纪录的水平。然而,它们仍然主要作为分立元件提供,而释放该技术全部潜力的关键在于减少寄生电感。Imec 通过开发其 GaN-on-SOI 技术来应对这一挑战,该技术可以将逻辑和模拟电路与电源元件单片集成在同一芯片上。因此,可以大幅降低寄生电感,从而大大提高开关速度。

 

降低 Imec GaN-IC 技术的准入门槛

 

为了使 GaN-on-SOI 器件和电路更加实惠且易于为客户采用,Imec 通过 EUROPRACTICE 提供多项目晶圆 (MPW) 解决方案。在 MPW 模型中,掩膜、加工和工程成本在多个客户设计之间分摊,通常提供 40 个样品模具的原型设计运行。

 

它也是支持最近由 Imec 和 EUROPRACTICE 发起的 GaN-IC 竞赛的 MPW 解决方案,针对的是以前从未使用过Imec 的 GaN-IC 技术进行原型设计的大学团队。

 

获奖项目

 

亚琛工业大学的团队提出了一种基于高压半桥输出级的电路,具有集成驱动器和电平转换器。潜在的应用包括非隔离降压转换器,支持传统或混合动力汽车的低电压系统中的汽车电子器件,或全电动汽车的高电压电路。

 

尽管有限的供应商提供了结合了集成驱动器和电平转换的氮化镓半桥IC的多芯片解决方案,但完全集成的氮化镓转换器却没有。亚琛团队提出的设计对所有 GaN-IC 都具有非常高的集成度,集成了电源和控制电路,无需外部控制器或驱动器。

 

鲁汶大学团队提出的设计采用全 GaN 直接 AC/DC 电源转换器 IC,针对的是大批量产品,如移动设备充电器和适配器,以及用于汽车和消费电子产品的集成电源转换器稳压器。

 

最后,汉诺威大学的设计利用 GaN 技术更高的开关频率,提高了200W功率范围内的家用电器和照明离线转换器的效率,这占了欧盟住宅功耗的60%,有助于减少电力消耗。

 

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