雜談GaN技術

As AI infrastructure, humanoid robots, drones, autonomous machines and space systems push power electronics toward higher efficiency and power density, gallium nitride (GaN) is moving into increasingly demanding applications. At PCIM Asia 2026 in Shenzhen, Efficient Power Conversion (EPC) will showcase its latest GaN technology while offering a preview of where the company believes the technology is heading next. The event, taking place August 26–28, will be particularly relevant for designers working on AI power delivery and intelligent motion systems. EPC will demonstrate its GaN portfolio across the power-conversion chain, from 800 VDC distribution to point-of-load conversion, while its roadmap points toward two developments with potentially broader implications: Gen 8 GaN for ultra-high-frequency, low-voltage power conversion and Trinity, EPC’s approach to highly integrated GaN motor drives.

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氮化鎵（GaN）正在推動功率電子技術變革，應用範圍從低電壓馬達驅動擴展至百萬瓦級人工智慧資料中心。在本次訪談中，EPC 詳細介紹了第七代以及即將推出的第八代氮化鎵元件如何在電容、面積和功率密度等方面實現相較矽元件最高達 5 倍的優勢，從而開拓 40 V 及以下市場，並為 GPU 實現先進的負載點電源轉換。討論內容涵蓋採用 48 V 匯流排的高效能機器人、面向 800 V 系統的多電平 ISOP 拓撲、透過參考設計實現快速原型開發，以及氮化鎵在太空應用中日益重要的作用。

EPC91123 是一款基於 GaN 的 6 kW DC-DC 轉換器參考設計，可為 AI 伺服器與高效能運算提供隔離式 800 V 至 12.5 V 電源轉換。該設計採用輸入串聯、輸出並聯（ISOP）架構，由八個交錯運作的 LLC 模組組成，每個模組處理約 750 W 功率。初級側開關採用 150 V EPC2305 GaN 場效應電晶體（FET），次級側同步整流採用 40 V EPC2366 元件，使系統能夠在約 1 MHz 的切換頻率下運作。此架構可縮小磁性元件尺寸、降低 EMI 並減少熱點，實現超過 98% 的峰值效率，以及在接近滿載、近 500 A 輸出時仍維持超過 97% 的效率。

在PCIM展會上，LTspice和QSPICE的建立者Mike Engelhardt解釋了為什麼傳統SPICE—最初為IC設計而建構—難以準確模擬功率元件，尤其是GaN FET。他回顧了歷史上的電容模型（Meyer、Yang–Chatterjee），以及它們在VDMOS和GaN中的局限性，並介紹了QSPICE如何導入原生GaN MOSFET模型（level 2026），以實現準確的電荷、輸出電容和準飽和行為建模。Engelhardt詳細說明了數值計算方面的改進、跨電容的正確處理方式，以及使QSPICE成為更快速、更穩健的電力電子模擬器的性能提升。

Artificial intelligence is moving from chatbot conversations to autonomous AI agents working together on huge data sets – and the data center is becoming an AI factory. These next generation facilities require unprecedented computer power which in turn brings new challenges of power delivery, thermal management and energy efficiency. To help address these challenges, NVIDIA has created the NVIDIA MGX™ architecture, a modular platform that accelerates the deployment of AI infrastructure. But the real potential of MGX can only be realized with equally advanced power conversion technology.

本簡報 探討了在面向AI資料中心和工業自動化的多千瓦DC-DC轉換器中，低壓GaN元件如何超越傳統高壓解決方案。Michael de Rooij採用多級ISOP拓撲，展示了熱量分佈、透過交錯實現大幅降低電流漣波、更簡單的低壓磁性元件、更低EMI以及更優導通損耗等方面的優勢。文中詳細介紹了兩個高功率轉換器原型（800 V至12 V和800 V至50 V），並說明了可將效率和功率密度損失降至最低的實用調節策略。 觀看影片

在PCIM展會上，宜普電源轉換公司（EPC）展示了氮化鎵（GaN）技術的快速進展，與矽MOSFET相比，可實現更高效率、更高頻率和更高功率密度。Alex Lidow介紹了從150 V到18 V的全新第七代GaN元件，針對AI伺服器電源架構（從800 V降至6–12 V）和高頻負載點轉換器進行了優化。他還概述了面向機器人和無人機的高度整合GaN馬達驅動器發展路線圖，重點強調小型化、保護功能以及未來整合電流感測功能。

機器人和無人航空系統中小型馬達的快速普及，正在推動對高度整合、高效率馬達驅動電子設備的需求。在人形機器人關節、機器人手以及輕量化無人機推進系統等應用中，需要功率轉換器在極為有限的機械空間內實現高電流密度。

本次演講介紹了採用800 V DC配電和ISOP轉換器的新型伺服器電源架構。它比較了800 V→50 V電源架解決方案與800 V→12.5 V直接到板設計，重點介紹基於GaN的EPC2305/EPC2366、磁通抵消磁性元件，以及面向高密度AI伺服器機架、實測效率高達98%的性能表現。