雜談GaN技術

氮化鎵(GaN)是一種全新的使能技術，可實現更高的效率、顯著減小系統尺寸、更輕和在應用中取得矽元件無法實現的性能。那麽，為什麽關於氮化鎵半導體仍然有如此多的誤解？事實又是怎樣的呢？

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。

對於從標準 48 V匯流排轉換器取得更大電流的需求不斷增長，以滿足伺服器應用對電力不斷增長的需求。 氮化鎵功率元件讓設計者能夠實現理想的轉換器：高效率、小尺寸和高電流處理、易用性和高可靠性。 為了支援您的設計，EPC設計了1.2 kW的共振轉換器演示板（EPC9174），其尺寸為1/8磚型，可實現優越的峰值效率高達97.3%。

當引入如EPC的GaN電源FET和IC等“置換”技術，並且實現了新的性能水平時，對設計進行建模可以為電路的能力和需求提供舒適感和洞察力。本博客文章討論了最新添加到EPC GaN Power Bench，我們的在線建模工具庫，EPC的GaN FET Thermal Calculator！ 

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。

移動性是所有經濟體的重要驅動因素。電子移動性（或 e-Mobility）是一種清潔且具影響力的方式，可以在不增加環境壓力的情況下保持商業運轉，避免低效能引擎或燃燒化石燃料引擎對我們星球造成的損害。對於高效且緊湊的電機驅動設計需求日益增加。EPC 的基於 GaN 的電機驅動參考設計正在開發中，以啟動支持這一趨勢的競爭性和環保替代方案。

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。