氮化镓（GaN）晶体管已经存在一段时间，其主要应用是RF功率放大。现在，随着最近的发展，特殊的GaN设备开始对不断发展的电动汽车（EV）进行真正的改进。现代EV中的主要电子子系统包括板载充电器（OBC），多个DC-DC转换器，逆变器和某种形式的电源管理。
由于电动汽车电路中涉及的功率较大，因此通常需要进行分立元件设计。这就需要一些特殊的分立晶体管，这些晶体管可以在高电压和高电流下生存和传输。这些器件的新例子是由德州仪器公司开发的LMG3522R030-Q1和LMG3525R030-Q1 GaN场效应晶体管(fet)。
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特征
这是TI GAN FETS关键特征的简短列表：
- 从12V未调节电源操作
- 用甘硅制成
- 集成门驱动器
- 高达2.2-MHz开关率
- 高压能力高达600/650 V
- 内部监测温度以及欠压和过电压条件
- 转速适应性从30到150 V/ns，让您控制电磁干扰(EMI)
- 低30米Ω导通电阻
- 半桥式配置的最大功率可达4千瓦
好处
以下是采用这些设备所带来的一些好处:
- 能够达到至少两倍的等效设计的功率密度
- 99％的效率
- 功率因数校正（PFC）应用的效率更高。
- 减少使用功率磁铁高达59%
- 更小的电容用于滤波，所有这些都会导致…
- 更小的PCB并导致减肥
对速度的追求
毕竟这些年的炒作和讨论后，EVS只代表了一小部分，总体上的美国汽车销售额 - 根据您所要求的谁，大约5％。那么为什么消费者并不是用他们所有潜在的优势购买这些机器吗？三个大问题挡住了：
- 范围焦虑
- 充电时间
- 成本高
填充后，平均内燃机（ICE）汽油车辆可达300至400英里。如果您的汽油变低，则有数十个，甚至可以方便地填满了数百种天然气站，然后再填满了300或400英里。即使是今天最好的EV也不是那么好。今天最新的EV即使是最新的EV，大约约为250英里，那么怪人。
但那并非全部。如果有很多收费站易于访问，则买家可能会感到舒服地知道距离拐角处的地方。但是，尚未如此。有什么存在的，通常是一些其他绝望的司机占据。如果你每天刚刚在短距离上升，那么你就可以在ev。一夜之间充电是您可能需要的。否则，由于焦虑症，潜在的买家仍然远离。
第二个问题是充电时间长。电动汽车电池充满电需要几个小时。使用典型的家用充电器，一次充满电大约需要15到30小时。新的高功率直流电充电器速度更快，但它们确实需要在家中连接240v电源。整晚充满电是可能的。然而，当你需要充电时，你会在充电站浪费大量的时间。
加满汽油只需要5到10分钟。我们需要用电动汽车到达或接近这个点。新的电池可能会更好，但它们还没有被发现。所以，更快的充电器和更多的充电站就是答案。但当吗?
最后，高价格。你最近有没有给像特斯拉或类似的全电动汽车定价?很少有人能负担得起4万美元到10万美元以上的价格。成本会下降吗?考虑到我们政府的过度干预，它可能不会。但更好的设计和电子子系统会有所帮助。
ralling哭肯定是“驾驶进一步，更快地充电。”
设计未来的ev
新EVS电子系统的主要要求之一是减少尺寸和重量。新的大功率设备通常必须符合旧硬件占用的紧密位置。并且必须减轻重量很大。
这种要求的主要目标是车载充电器．更大的电池和挑战性的充电时间，需要额外的电力。目前在3 ~ 4kw范围内的功率必须提高到20kw，才能显著减少充电时间。顺便说一下，把OBC的大小和重量减半。
解决方案是转向宽带隙(WBG)半导体，如改进的硅mosfet和SiC等特殊器件。但现在，汽车工业已经发现GaN及其好处．氮化镓器件在2兆赫兹以上的频率下切换速度更快，这使得使用更小、更轻的变压器和电感成为可能。这也适用于电容器。
较小的值和尺寸节省空间。由此产生的新设计要小得多，更轻。添加至于超低的导通电阻，您不仅可以达到大功率节省，而且较少的热量和较小的散热器允许更小的包装。
切换速度也是一个因素。一些新型氮化镓晶体管的起起伏伏时间为10ns，节约电能是可能的。但是控制上升/下降的时间是最小化EMI的秘密。如前所述，TI的新型GaN器件可以实现30- 150 v /ns的上升/下降时间范围，使设计人员能够对EMI进行微调。此外，快速切换意味着更低的功耗。结果是更高的效率，高达99%的成品。
片上栅驱动是这些晶体管性能的主要因素。正如已经发现的那样，设计一个好的HEMT GaN晶体管栅极驱动器需要相当大的努力，而且是一个时间问题。如果没有这种需求，设计师就可以专注于设计的其他更重要的部分。
使用GaN器件时出现的一个有趣的因素是缺少所谓的体二极管。大多数mosfet本身在源极和漏极之间有一个二极管，这是因为器件的几何形状和物理结构。在使用传统的mosfet设计时，这一特性给电路带来了一定的限制。
消除虚拟二极管允许GaN器件实现零反向恢复，使其在高功率开关模式电源中比竞争器件更可行。加上更小的栅电荷和更小的输入和输出电容，可以提高效率。
相比之下,理想的二极管模式启用自适应死区时间。它自动实现快速、同步的场效应晶体管操作，没有外部电路或控制。
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