用于下一代高压电力系统的氮化镓技术

Nick Flaherty撰文称，Power Integrations已开发出一种氮化镓（GaN）技术，可用于高功率电机逆变器及兆瓦级充电系统，其工作电压可达2200伏。

这款新器件的设计能够在高电压环境下提供更高的安全裕度，从而显著提升可靠性，同时还能让小型逆变器实现更高的开关频率。

“我们于2017年推出了1500伏的GaN产品，2024年又推出了1700伏的产品，这一电压恰好适用于800伏的汽车应用。我们的900伏产品已通过AEC认证，目前已被应用于各类车辆中，且产量正在逐步增加，”Power Integrations的产品开发副总裁Roland Saint-Pierre说道。“2200伏的GaN产品让我们能够应对超过800伏的应用场景；因为电压超过1000伏时，就需要更高的电流承载能力。”

这款2200伏的器件采用耗尽模式工作，通常与硅MOSFET以级联配置共同处于导通状态。该级联结构建立在蓝宝石衬底之上，而蓝宝石正是将电压提升至2200伏的关键材料。

级联开关结构使得栅极的耐压范围大幅提高，且无需负电压。该MOSFET的阈值电压为3伏，而标准栅极驱动器的最高工作电压可达15至20伏。“与E模式GaN相比，我们的产品还能降低损耗。”他说道。

“对于工作在1500伏特的汽车兆瓦级充电器而言，2200伏特的产品堪称理想选择。此外，为减轻车辆重量，人们也在越来越多地采用800伏特的技术，目前已有部分电动巴士和卡车使用1200伏特。因此，2200伏特正好满足了这一需求。”他说道。

“当电压超过4000伏时，漏电流开始上升，因此留有2000伏的余量。影响故障发生时间的因素有两个：温度和电压，而这一余量使得我们的故障发生率可控制在1以下，这比其他器件好了一个数量级。”

该公司展示了在1760伏电压下仍能保持电流持续导通且导通电阻稳定的性能，称这是首次在1500伏以上实现此类表现。由于导通电阻不会随着击穿电压的升高而增加，从而避免过度发热，稳定的导通电阻提升了产品的可靠性。

“我们正在开发一系列产品。这只是一个初步标志，具体产品将于明年（2027年）下半年推出。相关技术目前已接近最终验证阶段，”圣皮埃尔说道。该公司计划在2028年推出符合汽车行业标准的设备。

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