弗勞恩霍夫研究所成功在GaN芯片集成多個元件
發布日期:2019-05-28        

主題詞弗勞恩霍夫 ; GaN芯片



(圖片來源:弗勞恩霍夫應用固體物理研究所)



據外媒報道,德國弗勞恩霍夫應用固體物理研究所(Fraunhofer IAF)的研究人員成功將電流傳感器、溫度傳感器以及功率晶體管、續流二極管以及柵極驅動器都集成到了基于GaN的半導體芯片上,從而顯著地提升了用于電壓轉換器的氮化鎵功率集成電路(GaN power IC,即芯片)的功能。此次研究進展將為研發更緊湊、更高效的電動汽車車載充電器鋪平道路。

 


如果電動汽車想要在社會上長期立足,就需要擁有更加靈活的充電選擇。為了盡可能使用交流電充電樁、壁掛式充電樁或傳統的插頭插座充電樁,用戶就需要依賴車載充電器。由于此類技術是汽車自帶的,因而必須盡可能地小且輕,同時成本效益要高。因此,此類充電器就需要電壓轉換器等非常緊湊而高效的電力電子系統。

 


單個芯片上集成多個元件

 

多年來,弗勞恩霍夫應用固體物理研究所(Fraunhofer IAF)都致力于研究電力電子領域的單片集成技術,即需要將功率元件、控制電路和傳感器組合在單個半導體芯片上,該概念利用了半導體材料氮化鎵(gallium nitride,GaN)。早在2014年,弗勞恩霍夫應用固體物理研究所的研究人員就成功在一個600V的功率晶體管上集成了續流二極管和柵極驅動器。2017年,一個單片GaN半電橋首次以400V電壓運行。

 


弗勞恩霍夫應用固體物理研究所的最新研究成果是,首次成功將電流和溫度傳感器、600V功率晶體管、續流二極管和柵極驅動器都集成至一個GaN功率集成電路上。作為GaNIAL研究項目的一部分,研究人員對GaN功率集成電路的全部功能進行了功能驗證,實現了電力電子系統集成技術的突破。

 


與傳統的電壓轉換器相比,新研發的電路不僅具有更高的開關頻率以及更高的功率密度,還能快速而準確地對芯片本身進行監測。弗勞恩霍夫應用固體物理研究所電力電子業務部研究員Stefan M?nch強調表示:“雖然基于GaN的功率電子產品的開關頻率增加可使得設計變得越來越緊湊,但是,同時也對監測和控制自己本身提出了更高的要求?!?/P>

 


以前,電流和溫度傳感器都在GaN芯片外部進行工作,現在集成了電流傳感器就可以對晶體管電流進行無反饋測量,實現閉環控制和短路?;すδ?,此外,與傳統的外部電流傳感器相比,節省了芯片的空間。而集成了溫度傳感器就可以直接測量功率晶體管的溫度,由于單片集成電路消除了傳感器與測量點之間因距離產生的溫度差,因而,與以前的外部傳感器相比,集成了溫度傳感器就可以更快、更準確地反映出熱臨界點。

 


為GaN芯片設計和集成電路的M?nch表示:“將GaN芯片與傳感器和控制電路整體集成可節省芯片表面的空間,降低裝配成本,提高可靠性。對于需要在有限空間內安裝大量非常小而高效的系統的應用來說,這點至關重要?!備肎aN芯片尺寸大小僅為4x3 mm2,為進一步研發更加緊湊的車載充電器奠定了基礎。


來源:電子工程世界-汽車電子
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