解鎖多個“業(yè)界第一”，PI推出全新1700V氮化鎵開關(guān)IC

為了填補開關(guān)IC市場高壓電源技術(shù)的空白，近日全球領(lǐng)先的高壓集成電路供應(yīng)商Power Integrations（以下簡稱“PI”）擴充了旗下產(chǎn)品組合，推出了一款額定耐壓為1700V的氮化鎵開關(guān)IC——InnoMux?-2 1700V IC，旨在為業(yè)界提供更高能效、更低成本的解決方案。

作為一種特殊的電力設(shè)備，高壓電源在工業(yè)、通信、航空航天，以及可再生能源等領(lǐng)域均發(fā)揮著重要作用。雖然目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)了不少同類功率器件，但此次PI研發(fā)的這款1700V氮化鎵開關(guān)IC，則是在業(yè)界創(chuàng)下了多個“第一”！

解鎖多個“第一”，引領(lǐng)行業(yè)創(chuàng)新

據(jù)PI技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan介紹，全新推出的功率器件屬于InnoMux-2系列單級、獨立調(diào)節(jié)的多輸出離線電源集成電路家族，是基于上一代產(chǎn)品的成功經(jīng)驗而設(shè)計的；其獨特之處就在于，這是全球首款1700V氮化鎵開關(guān)IC。

從技術(shù)層面看，這款產(chǎn)品是行業(yè)內(nèi)第一個將額定耐壓提升至1700V，同時也是第一個在高壓電源應(yīng)用中使用氮化鎵技術(shù)的功率器件，這些創(chuàng)新性設(shè)計都是業(yè)界沒有嘗試過的先例。

雖然PI曾在2022年推出過一款1700V汽車級高壓開關(guān)，但該產(chǎn)品采用的是碳化硅材料，無論在功率密度上，還是能量損耗方面，都不如氮化鎵器件的性能突出。

與之相比，氮化鎵器件的開關(guān)速度更快、通態(tài)電阻（RDS-ON）更低、驅(qū)動損耗更小，尤其是在小型化電源等需要更高頻率的應(yīng)用場合中，氮化鎵器件具有無可比擬的高轉(zhuǎn)換效率和低發(fā)熱特性。

另據(jù)市場研究機構(gòu)Yole Group最新發(fā)布的報告顯示，得益于氮化鎵在汽車和服務(wù)器等高端應(yīng)用場景中的發(fā)展，預(yù)計到2029年底，功率氮化鎵器件市場規(guī)模將達(dá)到20億美元。

鑒于這一材料獨特的性能和廣泛的應(yīng)用前景，近年來PI開始在氮化鎵技術(shù)上發(fā)力，快速推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。

在氮化鎵這條賽道上，PI僅僅用了不到兩年的時間，就實現(xiàn)了三個電壓等級的突破（分別是900V、1250V、1700V），并將氮化鎵提升為成熟可靠的半導(dǎo)體技術(shù)，這再次證明了其在高壓集成電路技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位和強大實力。

據(jù)了解，此前的業(yè)界首創(chuàng)的高耐壓氮化鎵產(chǎn)品是PI于2023年推出的1250V器件?，F(xiàn)如今，隨著1700V氮化鎵開關(guān)IC的發(fā)布，PI又一次打破了這項業(yè)界記錄。

根據(jù)官方提供的數(shù)據(jù)顯示，得益于氮化鎵開關(guān)低輸出電容的特性，使其更加適用于高頻、高壓的開關(guān)應(yīng)用，因而最新推出的InnoMux-2 1700V IC可在反激設(shè)計中輕松支持1000VDC額定輸入電壓，并在需要一個、兩個或三個供電電壓的應(yīng)用中實現(xiàn)了90%以上的效率，從而將功率開關(guān)的性能再次提升到了一個新的高度。

多重技術(shù)加持，性能再獲突破

除了提升額定耐壓之外，PI在研發(fā)InnoMux-2 1700V IC時，還增加了一些獨特的控制方式，通過融入多項創(chuàng)新技術(shù)，使其實現(xiàn)了多路輸出應(yīng)用的高精度輸出調(diào)整，減少了元件數(shù)量，并大大簡化了電路結(jié)構(gòu)。

一是，采用了獨立、精確的多路輸出調(diào)整技術(shù)。

一般來說，大多數(shù)現(xiàn)代電子系統(tǒng)都依賴于多個內(nèi)部電壓來給各個子系統(tǒng)提供供電，如計算、通信和執(zhí)行功能（通常是某種形式的熱、光、聲音或運動），但每個子系統(tǒng)的穩(wěn)壓精度都要求非常嚴(yán)格。通常采用二次穩(wěn)壓變換的方式來穩(wěn)定輸出電壓，而二次變換會降低系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)性能并產(chǎn)生熱量。

而InnoMux-2 IC通過獨立反饋調(diào)節(jié)、對能量進(jìn)行導(dǎo)引分方式，只利用單級變換即可提供高達(dá)三個高精度的CV輸出或兩個CV輸出和一個CC輸出，不僅有效地解決了這一挑戰(zhàn)，實現(xiàn)了緊湊高效的電源設(shè)計，同時還優(yōu)化了系統(tǒng)負(fù)載響應(yīng)，能夠在不需要后級穩(wěn)壓器的情況下實現(xiàn)高精度控制，從而進(jìn)一步提升了整體電源系統(tǒng)的效率及降低了系統(tǒng)成本。

二是，采用了FluxLink?次級側(cè)控制（SSR）數(shù)字隔離通信技術(shù)。

PI創(chuàng)新的FluxLink?技術(shù)具有次級側(cè)控制方式的優(yōu)勢，兼具初級側(cè)驅(qū)動方式的簡單性，以及極其快速的動態(tài)響應(yīng)特性，可在無需專用隔離變壓器檢測繞組和光耦的情況下，實現(xiàn)高效率、高精度和高可靠性的電源電路。而快速的動態(tài)響應(yīng)特性可以節(jié)省電源的輸出濾波電容成本，也利于縮小電源本身的尺寸，提升功率密度。

三是，采用了不需要有源鉗位的零電壓開關(guān)（ZVS）技術(shù)。

零電壓開關(guān)（ZVS）技術(shù)的基本原理是在開關(guān)管兩端的電壓泄放至零伏時再發(fā)出開關(guān)開啟的信號，進(jìn)而可以降低開關(guān)損耗，提高電源效率。傳統(tǒng)反激電源的ZVS是通過增加額外的開關(guān)及控制電路，以有源鉗位的方式來實現(xiàn)的。ZVS對于高母線電壓的應(yīng)用至關(guān)重要，因在高電壓應(yīng)用當(dāng)中器件本身的開關(guān)損耗也會急劇增加。而InnoMux-2 1700V IC是利用現(xiàn)有次級側(cè)同步整流管的方式實現(xiàn)的ZVS，不但簡化了電路、提升了效率，也使得新器件可以在高達(dá)1000VDC母線下實現(xiàn)高達(dá)70W的輸出功率，且無需額外的金屬散熱片給器件散熱。

四是，采用了PI專有的PowiGaN?技術(shù)。

PowiGaN?技術(shù)的最大特點就是具有更高的效率、更簡單易用、更完善的保護。在InnoMux-2 1700V IC中，PowiGaN?開關(guān)替代了價格昂貴的碳化硅晶體管，從而可以大幅減少開關(guān)損耗，并使材料成本和生產(chǎn)成本得到全面降低。

五是，采用了單級架構(gòu)的設(shè)計模式。

與傳統(tǒng)的多路輸出電源相比，單級架構(gòu)這種設(shè)計模式可以顯著提升多路輸出效率。正如前面所提到的，得益于InnoMux-2 1700V IC單極、獨立調(diào)整多路輸出離線式電源功能，這款器件在1000VDC母線電壓下能夠?qū)崿F(xiàn)超過90%的轉(zhuǎn)換效率。這樣的設(shè)計無需后級穩(wěn)壓器即可精確調(diào)整輸出電壓，可使每路輸出的調(diào)整精度都控制在1%以內(nèi)，相較于舊有的初級功率開關(guān)級聯(lián)的架構(gòu)（Stack FET架構(gòu)），可將系統(tǒng)效率進(jìn)一步提高10%左右。

另外值得一提的是，PI為了滿足不同的應(yīng)用需求和設(shè)計要求，對InnoMux-2系列IC使用了兩種封裝方式，即C封裝和F封裝。F封裝具有更寬的高低壓引腳間的爬電間距設(shè)計，用戶可以根據(jù)具體的母線電壓高低來選擇，以此應(yīng)對高電壓環(huán)境下可能遇到的挑戰(zhàn)。

結(jié) 語

總之，InnoMux-2 1700V IC不僅刷新了氮化鎵技術(shù)的耐壓紀(jì)錄，還在低成本、高集成、高效率、高可靠性等方面表現(xiàn)得十分出色，是應(yīng)對高壓電源應(yīng)用挑戰(zhàn)的理想解決方案。

可以預(yù)見，隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，AI服務(wù)器和人形機器人將成為推動氮化鎵功率半導(dǎo)體快速增長的新引擎，而PI推出的1700V氮化鎵開關(guān)IC也勢必將會給整個產(chǎn)業(yè)帶來新的動能。