雜談GaN技術

Michael A. de Rooij 與 Alejandro .P. Pozo

本文發表於 EEPower。

人工智慧如今正廣受關注，其影響力只會持續擴大。當前真正的挑戰在於如何以最佳效率滿足不斷成長的能源需求。NVIDIA 最近發佈的一份白皮書¹指出，結合儲能解決方案的 800 V 直流架構，是一種可滿足當前與未來 AI 伺服器基礎架構需求的替代方案。這類系統所需的供電功率將以兆瓦計，而不僅是千瓦。實現這一目標的關鍵技術是 GaN。EPC 與 NVIDIA 合作，開發了一款具備成本效益、低剖面的 800 VDC 至 12.5 VDC 轉換器²，可提供高達 6 kW 的功率。該設計採用了 EPC 最新的 150 V 與 40 V GaN 元件^3,4，整體佔板面積僅 5,000 mm²，總厚度僅 8 mm。此設計展示了 GaN FET 如何在維持低成本的同時，實現高效率與高功率密度的結合，並以滿載效率達到 97% 為目標。

在摩納哥舉行的 Bodo Power Systems 寬能隙論壇上，EPC 創辦人暨執行長 Alex Lidow 憑藉其五十年電力半導體經驗，為 GaN 的討論定下基調，強調了氮化鎵（GaN）的顯著優勢。與來自德州儀器（Texas Instruments）、Navitas、英飛凌（Infineon）、東芝（Toshiba）、福斯汽車（Volkswagen）及三菱（Mitsubishi）的專家同台交流時，他將 GaN 定位為低電壓、高頻系統的最佳選擇——應用範圍涵蓋 AI 資料中心、人形機器人、自駕車以及 LiDAR。儘管 SiC 仍是高電壓應用的首選，Lidow 指出，GaN 已是一項具備成本效益、正在重塑負載點（PoL）電源的技術——而且遠不止於此。

隨著類人機器人持續演進，以精準與敏捷重現人類動作，對緊湊、高效率且反應快速的馬達驅動需求也不斷提升。EPC91120 參考設計展示了 GaN 整合如何使逆變器電子裝置能直接嵌入機器人關節內部——減輕重量、提升效率並增強動作控制。

隨著伺服器和資料中心運營商對更高效率和更大功率密度的需求不斷增加，電源設計師越來越多地轉向氮化鎵（GaN）技術。GaN 的快速開關速度、低損耗和緊湊器件尺寸，使得使用矽技術無法實現的系統架構成為可能。

隨著人工智慧（AI）、機器人和太空系統重新定義功率電子學的可能性，氮化鎵（GaN）技術持續引領這一變革。在最近接受 Electronic Product Design & Test (EPDT) 的採訪中，EPC 的執行長兼共同創辦人 Alex Lidow 博士分享了他對 GaN 如何重塑半導體格局的見解——以及這項快速發展的技術未來的發展方向。

隨著氮化鎵 (GaN) 在從資料中心和機器人到汽車與消費電子的應用中加速普及，封裝發揮著越來越關鍵的作用。EPC 的熱增強型 無引腳功率四方扁平封裝 (PQFN) 提供了工程師所需的性能與功率密度，但在實際系統中的成功取決於一個關鍵因素：可靠的組裝。

一款具有 30 V 至 140 V 寬輸入範圍的馬達驅動逆變器參考設計適用於 80 V、110 V 等電池系統。此類應用範例包括工業自動化系統、農業機械和物料搬運設備（例如堆高機）。本文探討針對這些系統的即用型參考設計的設計重點，特別是針對使用 GaN FETs 的 PCB 佈局進行的性能優化。

在追求更高功率密度與效率的競賽中，EPC91109 評估板旨在展示氮化鎵（GaN）FET 在 USB Power Delivery（USB-PD）與其他緊湊型應用中的完整潛能。

若您正在開發下一代便攜式電源系統，EPC91109 將為您提供一個實際體驗 GaN 技術如何突破矽極限的機會。

人形機器人的未來依賴於緊湊、高效且可靠的運動控制。每一克重量、每一毫米空間、每一毫瓦功耗都至關重要。這就是 EPC 開發 EPC91118 的原因：一款專為整合於人形機器人關節內部而設計的三相無刷直流馬達驅動參考設計——採用單晶片 GaN IC，實現無與倫比的功率密度與開關效能。

為96–150 V電池系統設計緊湊且高效的無刷直流（BLDC）馬達驅動器面臨一系列獨特挑戰。功率級需能承受中等電壓並實現高速切換與低導通損耗，同時具備強大的電流感測與保護功能。直到現在，尚無針對此操作點的即用型參考設計。