VisIC Technologies Ltd. 展示了一款基于氮化镓的高效三相牵引逆变器，配备汽车级 PMSM 电机。VisIC 成功地测试了他们的 2.2mΩ 650V 半桥电源模块，该模块由四个并联的 8mΩ 功率 FET 组成，采用三相配置，在一家主要汽车 OEM 的测功机测试台上使用 PMSM 电机。据 VisIC 称，尽管使用了早期未优化的模块原型，但执行了协调轻型车辆测试程序 (WLTP) 驾驶循环测试并实现了与商业碳化硅模块相当的效率。VisIC Technologies 将参加APEC 2023（展位号 547）并举行全体会议和行业会议
    这表明 VisIC 的 D 3 GaN（直接驱动耗尽型 GaN）半导体技术甚至适用于要求苛刻的大功率汽车应用。由快速开关瞬变引起的并行化和振荡已经得到处理。
    用于 BEV 电机的高功率 GaN 牵引逆变器
    VisIC 的 Ilia Bunin
    在接受 Power Electronics News 采访时，VisIC 产品经理兼技术销售 Ilia Bunin 指出，D 3 GaN 技术如何在耗尽型（d 型）GaN 器件上使用稳健的正常情况下的低电压低 RD S( on)硅 FET 以创建常闭拓扑。与传统级联拓扑不同，GaN 裸片直接由栅极驱动器控制，而硅 FET 在整个系统运行期间保持“导通”状态。
    根据 Bunin 的说法，该技术带来了以下优势：
    减少由 Si FET 引起的开关和反向恢复损耗
    允许Si FET 尽可能低的 R DS(on)以减少传导损耗而不影响开关性能
    直接 GaN 栅极控制允许使用栅极电阻器进行标准转换率调整
    与非级联拓扑相比，易于并联
    不集成驱动器和 GaN 芯片允许与外部驱动器并联，用于电机逆变器等高功率应用
    非常高的 V th归因于 d 模式负 V th和 15-V 驱动电压
    电动汽车
    内燃机正在逐步退出汽车行业，取而代之的是全电动的未来。由于我们所看到的转变，宽带隙 (WBG) 材料将促进全电动汽车环境。硅 MOSFET 的理论性能已经达到，电力电子领域不得不转向新材料。GaN 已被证明是解决新应用的巨大资产。
    电动汽车的关键要素是电动机、电池和所有控制电流传输的动力总成系统。逆变器的效率会影响电池充电的寿命，因为它会驱动电机。VisIC 提供 D 3 GaN 产品，用于创建作为分立产品或集成到模块封装中的高效逆变器。
    用于电动汽车的 GaN
    GaN 的带隙为 3.4 eV，远大于硅的带隙 (1.2 eV)。由于 GaN 电子的迁移率增加，通常会在结上积聚的电荷更快地分散，从而导致更高的开关速度。此外，更大的带隙可以在更高的温度下运行。价带中电子的热能随温度升高而上升，直到达到特定温度阈值后，它们才进入传导区。这个温度屏障对于硅来说大约是 150°C，对于 GaN 来说甚至超过 400°C。宽带隙也意味着更高的击穿电压。
    汽车行业对半导体的可靠性和功率密度提出了更高的要求。虽然成本是大多数市场的主要驱动因素，但它也是汽车行业的一个重要因素。“对于电机逆变器，高峰值功率需要设计具有极低热阻的电源模块，同时将高电压和电流下的损耗保持在水平，”Bunin 说。“VisIC 设计的模块可实现小尺寸并与冷却系统紧密集成。”

    用于 BEV 电机的高功率 GaN 牵引逆变器

    三相原型逆变器系统（ Technologies）
    与 SiC 相比，高压/功率 GaN 器件是市场上的新产品。“通过选择使用可靠的技术，例如 d-mode 及其未掺杂的栅极结构、在功率模块中的简单实施以及与 SiC 相比在制造中的碳足迹更低，VisIC 将为汽车市场提供具有性能优势的低成本解决方案， ”布宁说。
    耗尽模式和增强模式（e-mode）是两种截然不同的 GaN 晶体管技术。e-mode MOSFET 的行为类似于传统 MOSFET 的行为，不需要额外的组件即可正常关??闭。可以通过向栅极施加正电压来激活e-模式晶体管。通常情况下，d 型 GaN 晶体管需要负电压。通过将低压硅 MOSFET 与 HEMT 串联互连，您可以解决此问题。由于其更好的栅极驱动安全裕度和更高的栅极驱动噪声抗扰度，VisIC 是 d 模式技术的早期采用者和倡导者，以支持高功率汽车用例。VisIC 的 D 3 GaN 技术也使逆变器的一个关键特性——快速直接的并联成为可能。
    根据 Bunin的说法，与传统半导体技术相比，在大功率汽车应用中使用D 3 GaN 技术有望带来以下优势：降低开关损耗/在更高的开关频率下运行，以及在城市驾驶/部分负载条件下提高效率。
    “与其他快速切换 WBG 设备类似，需要将 R DS(on)和 V th等关键参数的分布保持在足够低的水平，”他说。“此外，正如我们在功率模块中所做的那样，我们投入了大量精力来优化布局，为每个 GaN 器件创建对称路径。还建议使用电阻器以及在某些情况下使用铁氧体磁珠对并联 GaN 器件的栅极进行去耦，以解决在操作期间由瞬态电流对栅极电容充电和放电引起的栅极振荡。VisIC 的 GaN 高 V th和外部驱动器允许实施上述标准解决方案，以便在高压摆率下可靠地与并行设备一起工作。”
    根据 Bunin 的说法，在带有测功机的三相逆变器系统中测试 VM022 模块使 VisIC 能够在 400 Arms 的逆变器条件下测试 GaN 并联和运行。
    “这些是在 EV 电机逆变器应用中对 VisIC Technologies 的 GaN 功率模块进行更深入测试的开始，这将有助于推进系统的所有主题：功率模块的栅极驱动及其模块并联优化；热性能和附件选项及其对可靠性的影响；开关频率和转换率对各种驱动条件下效率的影响；以及功率和门环路优化，”Bunin 说。
    到 2023 年第二季度末，VisIC 的原型三相逆变器系统将准备好在其他客户站点进行测试。