“具有集成传感器的GaN功率IC可为电动汽车高效充电”

夫琅和费研究小组成功地大幅强化了用于电压转换器的gan功率ic的功能。 夫琅和费iaf的研究人员将电流、温度传感器、功率晶体管、回流二极管和栅极驱动器集成到了gan类半导体芯片中。 这种快速发展为电动汽车中更紧凑、更高效的车载充电器开辟了道路。

为了使电动驱动的车辆在社会中持续存在，充电选择需要更大的灵活性。 如果可能的话，为了采用采用交流电力的充电站、壁式充电站，或者是以前流传下来的插头插座，客户需要采用车载充电器。 因为这个充电技术是和车一起拥有的，所以需要尽可能小，重量轻，还有价格效益。 因此，需要电压转换器等非常紧凑、高效的电力电子系统。

一个芯片上的多个组件

夫琅和费应用固体物理研究所iaf多年来在电力电子行业进行了单片集成研究。 这需要将电源模块、控制电路、传感器等多个组件集成到一个半导体芯片中。 这个概念利用的是半导体材料的氮化镓。 去年，fraunhofer iaf的研究人员成功地将600v级功率晶体管固有的回流二极管和栅极驱动器集成化。 此后，去年，单片gan半桥首次以400v的电压工作。

最新的研究结果首次将电流、温度传感器、600v级功率晶体管、固有的续流二极管和栅极驱动器耦合到gan功率ic上。 作为ganial研究项目的一部分，研究人员提供了gan电源ic所有功能的功能验证，实现了功率电子系统集成密度方面的突破。 通过在gan芯片上另外集成传感器，我们成功地大大加强了用于电力电子的gan技术的功能。 ganial项目经理兼fraunhofer iaf电气电子事业部副主管patrick waltereit博士这样解释道。

与以前传来的电压变换器相比，新开发的电路不仅可以实现更高的开关频率和更高的功率密度，还具有更高的效率。 此外，还可以为芯片本身提供高速和准确的状态监测。 stefanm nch强调，尽管gan类电气电子器件的开关频率不断上升，设计越来越紧凑，但对它们的监视和控制提出了更高的要求。 这意味着将传感器集成在同一个芯片上是一大特征。 fraunhofer iaf电气和电子业务部门的研究员。

以前，电流和温度传感器是在gan芯片的外部实现的。 集成电流传感器无需反馈即可测量晶体管电流，进行闭环控制和短路保护，与普通的外部电流传感器相比，可以节约空之间。 集成的温度传感器可以直接测量功率晶体管的温度，因此比传统的外部传感器更快，更准确地映射出这个热临界点。 这是因为可以消除传感器和测量点之间的距离和由此产生的温度差。 整体整合。

通过gan功率电子、传感器和控制电路的单片集成，节省了芯片表面的空区间，降低了组装费用，提高了可靠性。 在有限的空之间非常小，需要安装多个高效系统的应用，例如电动汽车行业中很重要。 为gan芯片设计集成电路的m nch说。 gan芯片尺寸只有4x3mm，是进一步开发更紧凑的车载充电器的基础。

利用氮化镓的独特特征

在单片集成中，研究小组利用了堆积在硅基板上的半导体材料氮化镓( gan-on-si )。 gan-on-si功率电子设备的独特特征是材料的横向特征。 电流平行于芯片表面流动意味着所有连接都位于芯片的上部，通过半导体路径连接。 这种gan组件的横向结构允许将多个组件(如晶体管、驱动器、二极管和传感器)集成到单个芯片中。 氮化镓与碳化硅等其他宽带隙半导体相比，还有一个重要的市场特征。 gan可以沉积在经济高效的大面积硅基片上，适合工业应用。 m nch解释说。

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