Page 45 - 防禦還是破口？辨識AI的安全威脅

領域持續發生重大變革。 新興電子應用需要能從緊湊
GaN的好處
低的RDS(on)和優越的反向恢 復能力。這反過來又會帶來高 效率，同時減少開關損耗和功 率損耗。 作為一種HEMT，GaN元件 具有比矽元件更高的電場強 度，從而允許GaN元件具有 更小的裸磊晶尺寸和更小的 佔位空間。
型平台中獲得更高性能的電動馬 達設計。依靠經典矽基MOSFET 和IGBT的馬達驅動器電路正致力 於滿足新的標準。隨著矽基技術 接近功率密度、擊穿電壓和開關 頻率的理論極限，設計人員越來 越難以控制功率損耗。這些限制 帶來的主要後果是在高工作溫度 和開關速率下的效率降低以及性 能問題增加。
GaN是一種寬能隙材料。因 此，它的能隙(電子從價帶移動到 導帶所需的能量)比矽的能隙更寬 得多:大約是3.4eV對1.12eV。因 為通常在接點積聚的電荷可能消 散得更快，所以GaN HEMT的增 強電子遷移率與更快的開關速度 是息息相關的。
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以一個運作在≥40kHz開關 頻率下的矽基功率元件為例。在 這些條件下，開關損耗大於傳導損 耗，並會對總功率損耗產生級聯效 應。散發所產生的多餘熱量需要使 用散熱片，這就會造成解決方案的 重量、佔位面積和生產成本增加。
驅動交流(AC)馬達常用的解 決方案包括AC/DC轉換器、DC電 路和DC/AC轉換器(逆變器)。第 一級通常基於二極體或電晶體，將 50Hz/60Hz主電壓轉換為近似的 DC電壓，其隨後又會經過濾波並 被儲存在DC電路中以供後續的逆 變器使用。最後，逆變器將DC電壓 轉換為三個正弦PWM訊號，每個 訊號用於驅動一個馬達相位。GaN HEMT電晶體通常用於實現馬達驅 動器逆變器級，這是高壓、高頻馬 達驅動解決方案的最關鍵部份。
基於氮化鎵(GaN)的高電子遷 移率電晶體(HEMT)元件具有優越 的電氣特性，因此成為高壓、高開 關頻率馬達控制應用中MOSFET 和IGBT的有效替代品。本文主要 著重於討論GaN HEMT電晶體在 高功率密度電動馬達應用的功率 級和逆變器級所提供的優勢。
綜上所述，GaN元件在多個方 面都優於傳統的矽基功率元件，主 要的優勢包括:
宜普電源轉換公司(EPC)在 單一封裝中整合驅動器和eGaN FET半橋功率級IC的EPC2152， 基於該公司的專利GaN IC技術。 單片式晶片包含輸入邏輯介面、 電平轉換、自舉充電和閘極驅動 緩衝電路，以及配置為半橋的 eGaN輸出FET。高整合度使其晶 片級LGA封裝尺寸達到了緊湊的 3.85mm×2.59mm×0.63mm。 在半橋拓撲中，兩個eGaN輸出 FET具有相同的RDS(on)。使用帶 有eGaN FET的晶片閘極驅動緩 衝器，幾乎消除了共源極電感和
在機器人和其他工業用途 的馬達中，尺寸和能源效率非常 重要，但其他因素也開始發揮作 用。GaN解決方案可以實現更高的 脈衝寬度調變(PWM)頻率，而低開 關損耗則有助於驅動具有極低電 感的永磁馬達和無刷直流(BLDC) 馬達。這些特性還可以將伺服驅 動器和步進馬達精確定位的轉矩 波動降至最低，從而在無人機等 應用中使高速馬達實現高電壓。
• GaN的擊穿場比矽高10倍以 上(3.3MV/cm對0.3MV/cm)， 因此允許GaN功率元件在損 壞前支援10倍以上的電壓。 運作於相同電壓值時，GaN 元件的溫度更低，產生更少 的熱。因此，它們可以在比矽 更高的溫度(高達225°C及以 上)條件下工作，而矽則會受 到其較低接面溫度(150°C至 175°C)的限制。 由於其固有結構，GaN能以比 矽更高的頻率開關，並提供更
由於其較短的上升時間、較 低的漏源導通電阻(RDS(on))值， 以及更小的閘極電容和輸出電 容，GaN可以實現低開關損耗，並 能在比矽高10倍的開關頻率下運 作。在高開關頻率下運作的能力， 就使得佔位空間、重量和體積更 小，從而消除了對電感器和變壓器 等笨重元件的需求。隨著開關頻率 的增加，GaN HEMT的開關損耗將 保持遠低於矽MOSFET或IGBT的 開關損耗，並且開關頻率越大，差 異越明顯。
馬達控制解決方案
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