【导读】太阳能发电体系的成长连续爬升，而光伏逆变器的机能体现，正成为行业技能的焦点。这种装备的焦点设计方针，尽可能使用太阳能资源。于浩繁技能冲破中，氮化镓（GaN）质料的运用可谓要害立异。当下，氮化镓正加快替换传统的硅（Si）基器件和绝缘栅双极晶体管（IGBT）体系，成为光伏逆变器范畴的新一代焦点元件。

比力 GaN、SiC 及 IGBT

GaN 依附其每一个裸片区更优的电阻（Rsp）、更低的输入输出电容（Ciss 及 Coss）以和零反向恢复电荷等特征，显著晋升了功率转换体系的机能。这些要害属性，对于在开关频率晋升场景下的导通损耗与开关损耗节制至关主要；而损耗的降低又会进一步缩减无源元件的体积，助力功率转换体系实现轻量化与小型化的设计方针。

为充实开释 GaN 的技能潜力，科研职员正缭绕制造工艺优化、Rsp 机能晋升和封装技能进级等标的目的睁开深切攻关。以封装方案为例，如表 1 所示，相较在传统的双 decawatt 封装（D2PAK）、晶体管封装轮廓（TO）-247 等外貌贴装封装，** 晶体管无引线封装（TOLL）** 于热传导机能及寄生效应按捺方面体现更为凸起，可有用保障 GaN 器件于高负荷工况下的不变性与能效程度。

表 1 TO-24七、D2PAK、TOLL 封装中的 GaN 器件热阻值

TOLL 封装简介

作为无引线封装，TOLL 封装的寄生电感很是低，于是开关速率更快（削减开关损耗）、压摆率更高而且电磁滋扰更低。TOLL 封装的尺寸为 9.9妹妹 x 11.68妹妹 x 2.3妹妹，显著小在 TO-247 的封装尺寸 15.94妹妹 x 20.95妹妹 x 5.02妹妹，云云以来，印刷电路板上可使用的面积会增长 70%。颠末优化的 GaN 工艺使 GaN 场效应晶体管 (FET) 具备极低的漏源导通电阻 (RDS (on))，合用在高功率运用。TOLL 封装的尺寸紧凑，可实现更快的热损耗并提高热效率。

将 GaN FET 与驱动器集成于一路，可进一步提高效率及降低成本，有助在削减栅极电感环路数目，并于功率级中嵌入过流及过热掩护功效。经由过程集成可以更好地使用 TOLL 封装的上风，从而进一步降低寄生效应及体系成本。TI 的 LMG3650 等器件联合了集成及高效散热封装的上风，可用在高压电源转换体系。于高压电源转换体系中，热机能是重要思量因素，特别于有源冷却面对挑战的环境下更应云云。

TOLL 于能源基础举措措施方面的运用

鉴在贸易及室第情况的需求，太阳能微型逆变器、串式逆变器及储能体系都具备对于效率、尺寸及成本敏感的功率转换级。

于太阳能运用中，逆变器输出凡是与交流电网相毗连，FET 的额定电压需到达 650V。此外，这些逆变器应尽可能紧凑，以便矫捷地运用在室第或者贸易体系。高压 GaN FET 的额定绝对于最年夜电压为 800V，并能增长开关频率，缩小无源器件的尺寸，从而满意高电压及尺寸两项体系要求。TOLL 封装具备高效散热特征，合用在体系情况温度高在室温且有用热损耗至关主要的太阳能运用中。

LMG3650 中的集成式功率级提供过热掩护、过流掩护及欠压锁定等掩护功效，无需外部掩护电路，从而降低设计繁杂性及缩小尺寸。它具备零电压检测及过零检测等高级功效，可优化死区时间并降低损耗，还有配有 5V 低压降稳压器，为驱动任何辅助电路输出电流源。这些特征有助在优化能量转换体系的机能及成本。

基在 GaN 的 600W 单相轮回换流器参考设计具备轮回换流器拓扑，于高压侧利用 LMG3650，于低压侧利用 LMG2100。该参考设计展示了集成式 GaN 器件的潜力，该器件的功率密度为 640W/L，峰值效率为 96.1%，并可于高达 600kHz 的开关频率下运行。

利用 TOLL 器件举行设计

为您的设计选择适合的 GaN 器件是经由过程降低开关及传导损耗来提高体系机能的须要前提。利用 RDS (on) 较低的器件可能不是提高效率的一站式解决方案，由于它需要较年夜的 GaN 芯片，这会增长输出电容，进而增长开关损耗及成本。

于硬开关拓扑中，具有较高 Coss 的低 RDS (on) 会导致开关损耗年夜在导通损耗，而于软开关拓扑中，低 RDS (on) 能提高效率而且使开关及导通损耗很是低。

设计职员需要存眷的另外一点是多源功效。TI 的集成式 TOLL GaN 器件的封装与分立式 TOLL GaN 器件兼容，并为咱们的客户提供多种采购选择。如图 1 所示，您可以经由过程连结道理图及结构稳定，仅对于元件举行微小更改，便能将 TI 的 TOLL 器件部署于与分立式器件不异的电路板上。

TI 及分立式 TOLL GaN 封装的道理图

TOLL 封装依附低寄生电感、紧凑尺寸与高效散热的焦点上风，成为 GaN FET 的要害载体，对于比传统封装削减了封装空间与损耗，储能体系等能源基础举措措施的严苛需求。TI LMG3650 等集成化器件，将 GaN 功率级与驱动、掩护功效深度整合，既降低了设计繁杂度与体系成本，又进一步开释了 TOLL 封装的技能潜力。而 600W 单相轮回换流器参考设计的优秀体现，更印证了集成式 TOLL GaN 方案于功率密度与能效上的凸起价值。设计中需联合拓扑类型均衡器件参数，且其兼容封装的多源特征，也为范围化运用提供了矫捷支撑，为高压电源转换范畴的技能进级筑牢了根底。