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前瞻性技術:加速GaN技術應用
 

【作者: Steve Tom】   2017年04月26日 星期三

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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能夠較以矽為基礎的解決方案實現更高的效率。


電源供應設計

德州儀器(TI)的LMG5200全整合式原型,讓工程師能夠輕鬆地將GaN技術設計至電源解決方案中,進而超越傳統上功率密度限制。基於數十年的電源測試專業經驗,TI針對GaN進行了數百萬小時的加速測試,並建立了能夠實現基於GaN電源設計的生態系統。


GaN將在功率密集的應用中大展身手,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被應用於電子電源供應設計,將電力在交流和直流的形式間進行轉換、改變電壓電平並執行多種功能,以確保乾淨電力的可用性。對某些特定的產品來說,效能為最重要的考量,然而還需視不同的應用而定。


此技術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/影片接收器和數位電視。壁式轉接器佔用了很多空間且不甚美觀,因發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,並節省電費。


在音效應用中,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振鈴並將轉換次數進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而騰出空間給更多的處理器、記憶體或儲存使用。


電壓轉換

對於專注於電信網路開關裝置的電源的客戶而言,同樣的顧慮亦存在。目前業界的發展趨勢是研發全新且擁有更高電壓的架構以降低配電的損耗,並利用GaN輕易地轉換至更低的電壓;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,在基地台中,工程師可以透過保持標準48伏特的電壓,並將該電壓直接轉換成數位電路所需的電壓電平來降低功率損耗。而目前常見的架構則會先將電源電壓從48伏特降到12伏特,並再進一步將電壓降至數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換器,進而減少功率損耗。


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、工業和無線充電產品領域應用TI的技術,並享受更佳的效能。TI亦與軍事和航太業客戶進行接洽,討論大溫度範圍和輻射方面的應用。TI亦能夠開發新型轉換器、馬達驅動和系統。


特色

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


GaN這款產品設計易於使用,TI藉由將GaN FET與高效能驅動器封裝在一起,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,好讓客戶能夠專注於將自身價值最大化的領域。LMG5200讓客戶能夠輕鬆地將GaN以及其所具有的優勢融入至電源解決方案中。


此技術的發展永無止境,並將能夠幫助客戶找到創新的方式提升效率,同時讓我們換個方式思考問題。TI擁有對系統零組件組合與產業專業知識。同時更透過合適的封裝、效能和經認證的可靠性,促進GaN技術的推廣應用,進而為其提供廣闊的市場發展空間。


(本文作者Steve Tom任職於德州儀器)


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