氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管是當(dāng)今電力電子領(lǐng)域的明星，它正在提高功率轉(zhuǎn)換效率、電機(jī)控制和功率密度，有效滿足當(dāng)前的市場(chǎng)需求和趨勢(shì)。

Julius Kaluzevicius

Senior Staff Engineer

在這個(gè)時(shí)代，自動(dòng)化設(shè)備及逆變器數(shù)量的增加正在徹底改變工業(yè)和家庭，對(duì)舒適生活方式的追求越來越依賴于高效可靠的電源管理解決方案。隨著越來越多的設(shè)備和系統(tǒng)融入我們的日常生活，出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境原因，確保最佳能源使用至關(guān)重要。這種需求推動(dòng)了電源控制和轉(zhuǎn)換技術(shù)的進(jìn)步，這些技術(shù)在提高電源效率和性能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

功率因數(shù)是電氣系統(tǒng)效率的關(guān)鍵決定因素，因?yàn)楣β室驍?shù)越高，無功功率形式的能量浪費(fèi)越少。通過優(yōu)化功率因數(shù)，企業(yè)和家庭可以顯著降低能源消耗和成本，從而實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的電力使用。在某些地區(qū)，法律要求進(jìn)行功率因數(shù)校正（PFC），以確保有效使用能源并減輕電網(wǎng)壓力。

如今，大多數(shù)開關(guān)電源和逆變器都采用傳統(tǒng)的PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用其簡(jiǎn)單性、低成本和可靠性。這些傳統(tǒng)PFC解決方案的共同特點(diǎn)是使用硅MOSFET或絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。常見的問題是它們的開關(guān)損耗和散熱，這在更高功率和更小尺寸下變得具有挑戰(zhàn)性。

隨著市場(chǎng)朝著能夠以更低成本提供更高功率的小型器件發(fā)展，GaN FET開始發(fā)揮重要作用。氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管可實(shí)現(xiàn)效率和尺寸的改進(jìn)，可以對(duì)系統(tǒng)總成本產(chǎn)生積極影響。

瑞薩電子的該解決方案演示了如何輕松地將硅器件替換為瑞薩電子氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管（見下圖）。

1.2kW高壓逆變器，基于GaN的功率因數(shù)校正（PFC）

該系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是MCU，它確保了穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)性能。如今，MCU內(nèi)核正變得越來越普通，外設(shè)提供了越來越多的價(jià)值，減少了對(duì)外部元件的需求并簡(jiǎn)化了電源電路控制。

瑞薩電子提供廣泛的專用電機(jī)控制MCU和MPU產(chǎn)品組合。

由于氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管的獨(dú)特特性，整體系統(tǒng)性能的提高是顯而易見的：

提高硬開關(guān)和軟開關(guān)電路的效率

提高功率密度

減小系統(tǒng)尺寸和重量

更簡(jiǎn)單的散熱設(shè)計(jì)

降低整體系統(tǒng)成本

瑞薩電子氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的下一個(gè)非常重要的優(yōu)勢(shì)是，大多數(shù)器件都可以用常用的柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。此功能允許輕松進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，從而顯著提高效率。

盡管氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管是當(dāng)今電力電子的明星，但不應(yīng)忘記它們與其他部件結(jié)合使用可提高系統(tǒng)的整體性能。值得注意的是，邏輯組件經(jīng)常被忽視或被認(rèn)為是最后的。它們的主要缺點(diǎn)是它們占用的PCB空間，盡管具有成本優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗ǔＰ枰鄠€(gè)組件。我們利用瑞薩電子獨(dú)特的可編程混合信號(hào)器件GreenPAK和HVPAK來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。在該解決方案中，HVPAK用于過壓保護(hù)和放電控制，這是一種相對(duì)較小的設(shè)備，在獨(dú)立模式下工作，包含復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)，確保可靠的硬件運(yùn)行。如果所選MCU不具備此功能，GreenPAK可在硬件中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠的PWM重疊保護(hù)。

從整體趨勢(shì)來看，電機(jī)控制和逆變器系統(tǒng)也變得越來越小，處理的功率也越來越高。這凸顯了對(duì)解決方案的需求，該解決方案既能提高功率密度，又能最大限度地減少總組件數(shù)量和解決方案尺寸。

要了解更多信息，請(qǐng)點(diǎn)擊文末閱讀原文查看我們的1.2kW 基于GaN的功率因數(shù)校正（PFC）的高壓逆變器成功產(chǎn)品組合，并了解有關(guān)我們其他成功產(chǎn)品組合的更多信息以及它們?nèi)绾螏椭斓剡M(jìn)入市場(chǎng)。

瑞薩電子(TSE: 6723)

科技讓生活更輕松，致力于打造更安全、更智能、可持續(xù)發(fā)展的未來。作為全球微控制器供應(yīng)商，瑞薩電子融合了在嵌入式處理、模擬、電源及連接方面的專業(yè)知識(shí)，提供完整的半導(dǎo)體解決方案。成功產(chǎn)品組合加速汽車、工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上市，賦能數(shù)十億聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備改善人們的工作和生活方式。