相較於過去所使用的矽電晶體，氮化鎵（GaN）能夠讓新的電源應(yīng)用在同等電壓條件下，以更高的切換頻率運作。這代表在相同條件下，GaN能夠較以矽為基礎(chǔ)的解決方案實現(xiàn)更高的效率。

電源供應(yīng)設(shè)計

德州儀器(TI)的LMG5200全整合式原型，讓工程師能夠輕鬆地將GaN技術(shù)設(shè)計至電源解決方案中，進(jìn)而超越傳統(tǒng)上功率密度限制。基於數(shù)十年的電源測試專業(yè)經(jīng)驗，TI針對GaN進(jìn)行了數(shù)百萬小時的加速測試，並建立了能夠?qū)崿F(xiàn)基於GaN電源設(shè)計的生態(tài)系統(tǒng)。

GaN將在功率密集的應(yīng)用中大展身手，它能夠在保持或提升效率的同時，使電源裝置變得更小巧。目前，GaN被應(yīng)用於電子電源供應(yīng)設(shè)計，將電力在交流和直流的形式間進(jìn)行轉(zhuǎn)換、改變電壓電平並執(zhí)行多種功能，以確保乾淨(jìng)電力的可用性。對某些特定的產(chǎn)品來說，效能為最重要的考量，然而還需視不同的應(yīng)用而定。

此技術(shù)能夠影響需連接至牆上電源插座的各種裝置，包含個人電腦變壓器、音效/影片接收器和數(shù)位電視。壁式轉(zhuǎn)接器佔用了很多空間且不甚美觀，因發(fā)熱所浪費的電量也不可小覷。GaN可在很大程度上解決這些問題，並節(jié)省電費。

在音效應(yīng)用中，音效效能會被無意間傳入音效訊號的電氣雜訊所干擾。因為GaN擁有較低的電容，能夠最大程度地減小二次側(cè)振鈴並將轉(zhuǎn)換次數(shù)進(jìn)行最佳化以降低失真，因而將雜訊降至最低。

在資料中心和伺服器中，GaN減少了為雲(yún)端供電時所造成的電源損耗。此外，GaN能夠縮小電源解決方案尺寸的特性將進(jìn)而騰出空間給更多的處理器、記憶體或儲存使用。

電壓轉(zhuǎn)換

對於專注於電信網(wǎng)路開關(guān)裝置的電源的客戶而言，同樣的顧慮亦存在。目前業(yè)界的發(fā)展趨勢是研發(fā)全新且擁有更高電壓的架構(gòu)以降低配電的損耗，並利用GaN輕易地轉(zhuǎn)換至更低的電壓；此一方式補足了先前使用類似的矽材料解決方案中效率不高的缺點。例如，在基地臺中，工程師可以透過保持標(biāo)準(zhǔn)48伏特的電壓，並將該電壓直接轉(zhuǎn)換成數(shù)位電路所需的電壓電平來降低功率損耗。而目前常見的架構(gòu)則會先將電源電壓從48伏特降到12伏特，並再進(jìn)一步將電壓降至數(shù)位電路所需的電壓電平。工程師將能夠因此而使用更少的轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而減少功率損耗。

在未來的幾年裡，GaN將能夠在提供更大輸出功率的同時減小變壓器尺寸。這帶來的好處是便於攜帶且同時支援更高容量電池的壁式充電器的問世，其擁有更長的運作時間，以及更大/效果更佳的顯示器。

客戶將能夠在各種車用、工業(yè)和無線充電產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用TI的技術(shù)，並享受更佳的效能。TI亦與軍事和航太業(yè)客戶進(jìn)行接洽，討論大溫度範(fàn)圍和輻射方面的應(yīng)用。TI亦能夠開發(fā)新型轉(zhuǎn)換器、馬達(dá)驅(qū)動和系統(tǒng)。

特色

LMG5200原型機是由高頻驅(qū)動器和兩個半橋配置的GaN場效應(yīng)電晶體所組成，其採用易於使用的四方扁平無引線(QFN)封裝，夠能幫助電源設(shè)計人員迅速發(fā)揮這種材料的真正優(yōu)勢。

GaN這款產(chǎn)品設(shè)計易於使用，TI藉由將GaN FET與高效能驅(qū)動器封裝在一起，成功的在一個模組中提供高效能。TI也力求將GaN裝置變得更加智慧以降低解決方案的複雜性，好讓客戶能夠?qū)Ｗ㈧秾⒆陨韮r值最大化的領(lǐng)域。LMG5200讓客戶能夠輕鬆地將GaN以及其所具有的優(yōu)勢融入至電源解決方案中。

此技術(shù)的發(fā)展永無止境，並將能夠幫助客戶找到創(chuàng)新的方式提升效率，同時讓我們換個方式思考問題。TI擁有對系統(tǒng)零組件組合與產(chǎn)業(yè)專業(yè)知識。同時更透過合適的封裝、效能和經(jīng)認(rèn)證的可靠性，促進(jìn)GaN技術(shù)的推廣應(yīng)用，進(jìn)而為其提供廣闊的市場發(fā)展空間。

(本文作者Steve Tom任職於德州儀器)