PI家族再添一員，全新1250V氮化鎵開關(guān)IC發(fā)布！

隨著人們對高功率器件的性能要求越來越高，尤其是對寬禁帶半導(dǎo)體材料的迫切需求，使得氮化鎵（GaN）正在迅速取代基于硅（Si）的功率產(chǎn)品，成為開關(guān)電源領(lǐng)域的新寵兒。

作為全球領(lǐng)先的高壓集成電路供應(yīng)商，Power Integrations（以下簡稱“PI”）自然也看到了這一趨勢。近幾年，PI圍繞氮化鎵技術(shù)，已經(jīng)先后推出了750V和900V耐壓的PowiGaN?開關(guān)器件；而如今，PI為了進一步提高開關(guān)電源的效率和可靠性，又全新開發(fā)了一款單管氮化鎵電源IC——InnoSwitch?3-EP 1250V IC，旨在滿足工業(yè)用電的更高需求和期望。

此前，PI基于自行研發(fā)的氮化鎵技術(shù)——PowiGaN?，總共開發(fā)了5個系列的芯片產(chǎn)品，包括InnoSwitch3-CP、EP、Pro、MX和LYTSwitch-6。憑借高集成、高效率、高可靠性等特點，InnoSwitch3 PowiGaN?系列一經(jīng)面世，就獲得了客戶和市場的一致好評。而此次推出的1250V產(chǎn)品，則是PI旗下InnoSwitch恒壓/恒流準(zhǔn)諧振離線反激式開關(guān)IC產(chǎn)品系列的最新成員。

據(jù)PI技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan介紹，PI之所以選擇開發(fā)1250V耐壓的開關(guān)器件，是因為1250V的PowiGaN?具有更高的電壓裕量，以及更出色的耐用性和可靠性，適用于很多更高輸入電壓的應(yīng)用，而即使在輸入電壓不穩(wěn)定的情況下，也能對其提供保護，保證整體電源的可靠運行。

至于為什么選擇氮化鎵作為開關(guān)器件的基底材料，PI則有著自己的考量。

我們都知道，氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料，具有比硅（Si）、碳化硅（SiC）更突出的優(yōu)勢。例如，氮化鎵可以承受更高的工作電壓，這意味著其功率密度及可工作溫度也相對更高。也就是說，氮化鎵具有高功率密度、低能耗、適合高頻率、支持更高環(huán)境溫度工作等特點，能夠在更高的電壓下提供更低的損耗，并且在開關(guān)切換時使用的能量更少。

另外，氮化鎵開關(guān)器件的體積也相對較小，電源設(shè)計人員能夠在很寬的輸入輸出電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率，同時在較小的物理尺寸上達到期望的設(shè)計效率。

為了進一步說明氮化鎵比硅、碳化硅的性能更好，Jason Yan用一塊板子對三者在不同電壓下的性能進行了測試。

結(jié)果顯示，1250V的PowiGaN?開關(guān)方案，其效率要比650V的硅開關(guān)方案高出1%，其損耗也比傳統(tǒng)的硅開關(guān)方案減少近一半左右。

Jason Yan指出，PowiGaN?功率變換的效率可以達到93%，這不僅能使工作溫度大幅降低，還有助于實現(xiàn)高緊湊度的反激式電源設(shè)計。即使在高達85W輸出功率的情況下，也無需金屬散熱片?？梢哉f，在高壓反激類的應(yīng)用當(dāng)中，PowiGaN?開關(guān)要更優(yōu)于MOSFET。

針對氮化鎵器件未來的發(fā)展，PI方面堅信，與硅技術(shù)甚至是碳化硅技術(shù)相比，氮化鎵則是一種更加適合于高壓開關(guān)應(yīng)用的技術(shù)。

除此之外，這款1250V的PowiGaN?還具有同步整流和FluxLink?安全隔離反饋功能，可以穩(wěn)定輸出電壓和電流，提升整體電源效率。因此，設(shè)計人員在使用新款I(lǐng)nnoSwitch?3-EP 1250V IC時，可以非常放心地明確其設(shè)計可以工作于1000V的峰值工作電壓。

因為1250V的絕對最大值可以滿足80%的行業(yè)降額標(biāo)準(zhǔn)，這為工業(yè)應(yīng)用提供了巨大的裕量，特別是對那些具有挑戰(zhàn)性電網(wǎng)環(huán)境的應(yīng)用尤其重要。因為在這種環(huán)境下，耐用性是抵御電網(wǎng)波動、浪涌，以及其他電力擾動的重要防御手段。

最后，在談及制造工藝時，Jason Yan表示，這款新產(chǎn)品使用的是PowiGaN?共源共柵架構(gòu)的InnoSwitch3 MCM，也就是多芯片模塊技術(shù)，通過將所有的晶圓組裝在一個封裝里，然后內(nèi)部再用鍵合線進行互連，這樣不僅可以精確控制驅(qū)動器的尺寸，其走線電感的最小化還能更好的優(yōu)化功率開關(guān)的性能，從而使性能和可靠性均得到了有效保障。

所謂共源共柵結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件，實質(zhì)是一種將處于“常閉”狀態(tài)的氮化鎵器件，與一個低壓的MOSFET相串聯(lián)的器件架構(gòu)。低壓MOSFET的漏極與氮化鎵的源極相連，由控制器來控制低壓MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而對整個高壓器件的狀態(tài)加以控制。

據(jù)官方介紹，這樣的設(shè)計結(jié)構(gòu)有助于進行無損耗的電流檢測，這對于精確監(jiān)測電路中的電流變化非常關(guān)鍵。由于低壓MOSFTE與氮化鎵開關(guān)管是串接的，因而此時只要檢測低壓MOSFET的電流就可以了。

不僅如此，利用共源共柵結(jié)構(gòu)還可實現(xiàn)自偏置供電，從而簡化了電源的設(shè)計和可靠性要求。而在故障情況下，也可以通過對低壓MOSFET的控制實現(xiàn)對整個功率開關(guān)的安全控制，進而保證整個電源工作的可靠性。

另外，共源共柵結(jié)構(gòu)還可以充分利用硅器件當(dāng)中已經(jīng)具備的各種功能來滿足具體功率應(yīng)用的需要。要知道，在單一的增強型氮化鎵器件當(dāng)中實現(xiàn)這些功能所需的成本則要高得多。因此，PI將氮化鎵與低壓場效應(yīng)晶體管（FET）相結(jié)合，形成共源共柵的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)更高效、更可靠的功率轉(zhuǎn)換解決方案。

總之，這款1250V的PowiGaN?不僅為客戶和市場帶來了更多選擇，還強化了PI在高壓氮化鎵技術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)領(lǐng)先地位?？梢韵胂螅赑I高壓集成電路高能效功率轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動下，未來的開關(guān)電源設(shè)計將會更為簡單，其性能也將更加可靠。