雜談GaN技術

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。

At PCIM，Alex Lidow 重點介紹了 GaN 技術的最新演進，強調其在導通電阻、電容和電壓性能方面取得的重大提升。他指出，第七代 GaN 的導電性正接近銅，同時在各個電壓等級上持續超越矽 MOSFET。Lidow 還展示了 EPC2370，該元件具有超低導通電阻和大幅降低的電容。展望未來，EPC’s 第八代 GaN 將瞄準低電壓、高頻率和高功率密度應用，以及用於機器人和無人機的單片馬達驅動 IC，並計劃在 2027 年和 2028 年整合保護功能和電流感測功能。 觀看影片

在本影片中，我們將介紹 EPC90167，這是一款專為40 V EPC2366 eGaN FET設計的半橋評估板。這款小巧的2.5 x 2英寸電路板整合了閘極驅動器、死區時間產生、極性控制以及所有關鍵被動元件，讓您能夠快速評估高效率、高頻功率轉換。我們將介紹其主要特性、工作模式和測試點，並展示其如何輕鬆配置為降壓或升壓轉換器，適用於現代馬達驅動、DC-DC轉換器和AI電源應用。

The full article was originally published in EPDT

The history of power electronics has been a predictable cadence of material limits, architectural shifts, and a new semiconductor platform resetting expectations. Today that transition is happening again, this time with gallium nitride (GaN).

在本影片中，來自 EPC 的 Marco Palma 和 Andrea Nicotera 展示了兩款高效能參考設計的實驗測試：EPC91107 四電平飛跨電容圖騰柱 PFC，以及 EPC91110 四電平 ISOP LLC 諧振 DC-DC 轉換器。影片拍攝於都靈理工大學電力電子創新中心，展示了一套完整的 5.5 kW AC 至 50 V DC 轉換鏈，重點介紹測試架構、量測設備，以及該系統在高功率等級下的優異效率。