ST 发布了市场首个也是唯一的单封装集成 600 V 栅极驱动器和两个加强版氮化镓（GaN）晶体管的 MASTERGAN1。 同类竞品只提供一颗 GaN 晶体管，而 ST 决定增加一颗 GaN，实现半桥配置，并允许将 MASTERGAN1 用于新拓扑。 在设计 AC-DC 变换系统时，工程师可以将其用于 LLC 谐振变换器。 新器件还将适用于其它常见的高能效和高端拓扑，例如，有源钳位反激或正激变换器，还解决了更高额定功率和图腾柱 PFC 的设计问题。 新器件具有高度象征意义，因为它让 GaN 晶体管在大众化的产品中普及变得更容易。 电信设备或数据中心的电源是最早使用这些功率器件的工业应用。 现在有了 MASTERGAN1，工程师可以设计能效更高的手机超级快充充电器、USB-PD 适配器和其它电源产品。  为什么要在手机电源中采用 GaN？许多消费者没有意识到一个现象，近年来，智能手机、平板电脑或笔记本电脑的充电器的输出功率呈指数增长。
厂商面临一个难题，电池容量基本保持不变，或多或少与材料设计没有取得实质突破有关，在无法扩大电池容量的情况下，移动设备只能提高充电速度。 借助 USB Power Delivery (USB-PD)和快充技术，让十分钟内充电 50％成为可能，这是因为现在充电器在某些情况下能够输出高达 100 W 的功率。 但是，为了使充电器整体尺寸接近当前常规尺寸，系统需要高开关频率。 目前带 GaN 晶体管的充电器并不是到处都能买到，因为设计这类产品还是一个巨大的挑战。 以一家中等规模或大型企业的一名普通工程师为例，首先他会遇到一个简单的文化挑战，即如何说服经理和高管使用 GaN 设计产品，而这通常不是一个容易的过程。 因此，帮助决策者了解这项技术是必不可少的。 在这名工程师的项目方案获准后，设计 GaN 产品 PCB 板也绝非易事，虽然开发一块普通的 PCB 通常不难。 此外，部署适当的安全保护措施也非常重要。 MASTERGAN1 的重大意义在于其能够解决所有这些问题，并使 GaN 技术普及到更多的应用领域。 MASTERGAN1: 认识 GaNGaN 的电特性 EVALMASTERGAN1当市场开始要求小尺寸产品能够处理大功率时，GaN 因其固有特性而大放异彩。 GaN 材料本身并不新鲜。 我们从 90 年代开始用 GaN 制造 LED，从 2000 年开始在蓝光激光头中使用 GaN。 今天，设计者能够在硅晶片上添加 GaN 薄层，制造出具有独一无二特性的晶体管。 GaN 的带隙为 3.39 eV，远高于硅（1.1 eV）和碳化硅（2.86 eV），因此，临界场强也比后者高出许多，这意味着在高频开关时 GaN 的能效更高。 高带隙是支撑这些特性的根基，高带隙的根源是 GaN 的分子结构。 镓本身是一个导电性非常差的导体。 但是，当氮原子打乱镓晶格时，结构电子迁移率大幅提高(1,700 cm2/Vs)，因此，电子的运动速率更高，而能量损耗更低。 因此，当开关频率高于 200 kHz 时，使用 GaN 的应用的能效更高。 GaN 可以使系统更小巧，更经济划算。 EVALMASTERGAN：眼见为实尽管工程师掌握了所有这些理论知识，仍可能很难说服决策者。 虽然 GaN 晶体管并不是什么新鲜事物，但在量产电源中使用它仍然是特立独行。 用 EVALMASTERGAN1 板展示 GaN 和 MASTERGAN1 的功能简单很多。 演示一个实物平台会使项目方案变得更切实可行，并能看到单封装放在电源中是什么样子，甚至还可以按照自己的需求灵活修改板子，添加一个低边分压电阻或一个外部自举二极管，使其更接近最终设计。 演示支持各种电源电压也变得更加容易。 此外，还可以使用 MASTERGAN1 的所有引脚，帮助开发人员及早测试应用设计。 MASTERGAN1: 用 GaN 设计降低设计复杂度 MASTERGAN1从概念验证到定制设计可能会充满挑战。 评估板的原理图是一个很好的起点，但是，高频开关应用设计难度很大。 如果 PCB 上走线太长，会引发寄生电感的问题。 对于半桥电源变换器，集成两个 GaN 晶体管很重要，而大多数竞品仅提供一个 GaN 晶体管。 MASTERGAN1 之所以独一无二，是因为它是当今唯一集成两个 GaN 晶体管的电源解决方案。 因此，工程师不必处理与这类应用相关的复杂的驱动问题。 同样，特殊的 GaN 技术和优化的栅极驱动器使系统不需要负电压电源。 MASTERGAN1 还具有兼容 20 V 信号的输入引脚。 因此，工程师可以将其与现有和即将推出的各种控制器配合使用。 工程师还必须着手解决尺寸限制这一重要问题。 手机充电器必须保持小巧的设计。 因此，MASTERGAN1 封装的尺寸仅为 9 mm x 9 mm，这是一个很大的优势。 此外，该系列今后几个月还计划推出引脚兼容的新产品。 因此，更换 MASTERGAN 家族产品将更加容易，使用基于 MASTERGAN1 的 PCB 开发新设计将会更加简单。 最后，能够更快地设计出更小的 PCB 可以节省大量成本。 随着制造商力争开发更经济的解决方案，MASTERGAN1 有助于使设计变得更经济划算，这也是为什么我们已经赢得客户订单的原因。 提高可靠性设计可靠性是工程师面临的另一个重大挑战。 一个爆炸的充电器会成为社交媒体的众矢之的。 可靠性不高的系统会对客户服务运营造成重大压力。 但是，部署安全功能远不是那么简单。 在采用 GaN 半桥拓扑时，必须避免两个开关管同时导通。 因此，MASTERGAN1 集成了互锁功能和精确匹配的传输延迟，以及差分导通和关断栅极电流。 这些功能可以实现精确、高效的开关操作。 最后，我们为加强版 GaN FET 管设计了 MASTERGAN1 栅极驱动器，从而提高了系统性能和可靠性。 针对 GaN FET 优化的欠压锁定（UVLO）保护可防止在低电源电压下工作时能效严重降低和潜在问题。 同样，集成的热关断功能可防止器件过热。 栅极驱动器的电平转换器和高效输入缓冲功能给 GaN 栅极驱动器带来非常好的鲁棒性和抗噪性。 最后，关闭引脚允许通过 MCU 的专用引脚将功率开关设为空闲模式。
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