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高可靠性、高性能氮化鎵(GaN)電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的先鋒企業(yè)和全球供應(yīng)商Transphorm, Inc. (Nasdaq: TGAN)今天宣布，公司已贏得一份美國能源部先進(jìn)能源研究計劃署(ARPA-E)的合同。該項目是ARPA-E CIRCUITS計劃的一部分，通過與伊利諾伊理工大學(xué)的分包合同開展，包括提供基于氮化鎵的四象限雙向開關(guān)管(FQS)。這些開關(guān)管可用于多種電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，如電流源型逆變器、變頻器用于驅(qū)動器和微型逆變器、矩陣式開關(guān)和固態(tài)斷路器等新型應(yīng)用。此項計劃的開展得益于Transphorm深厚的氮化鎵工程專業(yè)知識（特別是其雙向氮化鎵產(chǎn)品），以及工業(yè)界和大學(xué)對進(jìn)一步探索橫向氮化鎵開關(guān)應(yīng)用可能性的興趣。
Transphorm將對采用其650V氮化鎵技術(shù)的FQS平臺進(jìn)行原型設(shè)計，在4引腳TO-247封裝中繼續(xù)提供業(yè)界最高的閾值電壓(4 V)。此項目預(yù)計將在一年內(nèi)完成。
真正雙向氮化鎵開關(guān)創(chuàng)新的重要意義
Transphorm的標(biāo)準(zhǔn)橫向氮化鎵場效應(yīng)管(FET)器件本身即可提供雙向電流。然而，某些應(yīng)用（如電機(jī)驅(qū)動的電流源逆變器、變頻器和矩陣轉(zhuǎn)換器）還需要雙向電壓控制，以有效管理電力系統(tǒng)的功率流。這種功能的傳統(tǒng)實現(xiàn)方法是放置兩個串聯(lián)的FET，使用器件的主體二極管來引導(dǎo)和控制電流流動，或需要兩個絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和兩個二極管，因此需要四個器件。
FQS也被稱為真正的雙向開關(guān)，它采用一個能夠?qū)崿F(xiàn)雙向電壓控制和雙向電流流動的單一器件來取代兩個FET或兩個IGBT+兩個二極管的方法。FQS使用兩個柵極來阻斷任何極性的電壓或通過任何方向的電流。而且，作為單一器件，F(xiàn)QS能減少實現(xiàn)預(yù)期效果所需的部件數(shù)量，從而實現(xiàn)更高的功率密度，提高可靠性，并降低整體系統(tǒng)成本。
威斯康星大學(xué)麥迪遜分校名譽(yù)教授、美國國家工程學(xué)院(NAE)和美國電機(jī)及電子工程師學(xué)會(FIEEE)院士Tom Jahns表示：“看到基于氮化鎵的雙向開關(guān)距離商業(yè)化量產(chǎn)越來越近，非常令人激動。電力電子工程師們一直焦急地期待著MOS柵極雙向開關(guān)產(chǎn)品上市，因為它們是實現(xiàn)具有廣闊前景的電源轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵器件，可以在提高許多應(yīng)用的效率、功率密度和容錯能力方面帶來令人振奮的機(jī)會。它們還有望極大提高多種新型產(chǎn)品的商業(yè)可行性，包括固態(tài)斷路器和集成電機(jī)驅(qū)動器，與目前使用的硅基開關(guān)相比，F(xiàn)QS可使這些產(chǎn)品更加緊湊和高效。”
Transphorm技術(shù)研究員Rakesh Lal博士表示：“根據(jù)如今氮化鎵器件的采用情況，將FQS雙向器件推向市場的時機(jī)已經(jīng)成熟。因為電壓阻斷區(qū)可以共享，橫向氮化鎵技術(shù)能夠制造出緊湊的FQS芯片，這是使用硅或碳化硅的垂直功率器件技術(shù)無法實現(xiàn)的，從而讓氮化鎵FQS在性能和成本方面都具有明顯優(yōu)勢。通過我們的FQS，用戶可以用單個快速低損耗開關(guān)來獲得真正的雙向性。我們相信，由CIRCUITS計劃驅(qū)動的合作伙伴關(guān)系將激勵下一代電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的出現(xiàn)。”
