雜談GaN技術

應用新的設計方法於流行的家用電器，使所有用戶能夠在日常活動中貢獻於減少能源使用。EPC剛剛發布了一款新的演示板，EPC9176，這是一款三相BLDC電機驅動逆變器，針對更高效、高性能的吸塵器電機。

氮化鎵(GaN)元件是一種非常堅硬和在機械方面非常穩定的寬帶隙半導體材料，用于生產功率元件、射頻元件和發光二極體 (LED)。其開關頻率遠高於矽元件，使電力電子設計人員能够利用氮化鎵元件創建更小、更高效、性能更高的系統，這是以前採用矽技術難以實現。

可持續能源是當今全球的重要需求。發展中經濟體努力建設能源基礎設施以支持工業和為偏遠村莊供電。與此同時，工業化經濟體正在努力平衡對更大供電需求的相互衝突和減少對環境的影響。氮化鎵(GaN) 積體電路為設計人員提供具備更高功率密度、更高效和可使能新應用優勢的功率元件。隨著全球能源成本的上升，氮化鎵元件的普及急劇加快也就不足為奇了。

GaN 是馬達驅動應用的遊戲改變者。為了讓設計師能夠利用這項技術，快速且可靠的上市時間至關重要。使用最先進的電子技術和技術的易用參考設計提供了加快上市時間的寶貴工具。EPC9173 工具允許設計師設計 電動自行車 和無人機，提升馬達系統的尺寸、性能、範圍、精度和扭矩，同時簡化設計以加快上市時間。

環境壓力正在促使迅速採用更新、更清潔和更高效的交通選項。到2025年，預計每售出的10輛車中就有1輛是更省油的48V輕度混合動力車。這些系統將需要一個48V - 12V雙向轉換器，功率範圍從1.5 kW到6 kW。這些系統的設計優先事項是尺寸、成本和高可靠性。GaN電力轉換解決方案非常適合支持這些新型車型中的48V到12V雙向轉換器。

許多電源系統中使用的基本構建塊是半橋，它由兩個串聯的功率FET及其各自的閘極驅動器組成。雖然離散式FET和閘極驅動器可以在板上實現這個相同的功能，但通常使用半橋模組比較有利和有許多好處，包括使用單個預先通過認證的元件、更短的交付周期和具有更高的性能。有50多年歷史的電源模組供應商Sensitron（sensitron.com）使用了EPC的eGaN FET，使它的新產品更具吸引力。Sensitron與EPC合作使用新型EPC2050 GaN FET開發出350 V半橋模組SPG025N035P1B，這個半橋智慧功率模組專為商業、工業和航空航天應用而設計，額定電流為20 A，可用於控制5 kW以上的功率。如圖1所示，通過從Si和SiC元件升級至採用氮化镓元件，封裝尺寸顯著減小。

48V正越來越多地被用作計算資料中心和筆記型電腦等消費性電子產品性能的新標準。 全新USB PD3.1標準也正在進軍筆記型電腦，部分原因是USB電壓增加到48 V，在連接器和電纜的電流限制為5 A的情況下，總功率傳輸增加到240 W。 使用USB PD新標準的相容電源，也持續面臨實現小尺寸的解決方案以滿足對高功率密度的需求。GaN FET開關快和具有低導通電阻，解決了電源供電中含有多個電路所需的功率密度挑戰。

早在2015年，Venture Beat就發表了一篇關於氮化鎵晶片取代矽的文章。在那篇文章中，我斷言氮化鎵基功率半導體的廣泛普及是可能的，因為GaN FET將比矽具有更高的性能和更低的成本。 然而，人們仍然普遍誤解氮化鎵元件還沒有達到那個里程碑……這是一個錯誤的迷思。在這篇部落格文章中，我將試圖打破這個神話，並提醒大家，本次討論僅限於額定電壓低于400 V的元件的應用領域，因為這是EPC 的重點產品。

EPC 正在積極準備前往休斯敦參加 應用電力電子會議 (APEC)。 團隊很高興能再次親自展示各種演示，展示 GaN 的卓越性能如何在包括計算、通信和電子移動在內的多個行業中轉變電力傳輸。

車用48 V/12 V評估電源模組（EPC9137、EPC9163、EPC9165等）採用兩相同步降壓/升壓拓撲結構。邊緣連接器和控制卡還設計為兩個模組與控制器並聯操作，有效地實現四相，從而使額定電流和功率翻倍。使用EPC9137模組的示例如圖1所示。