解鎖多個“業(yè)界第一”，PI推出全新1700V氮化鎵開關IC

為了填補開關IC市場高壓電源技術的空白，近日全球領先的高壓集成電路供應商Power Integrations（以下簡稱“PI”）擴充了旗下產品組合，推出了一款額定耐壓為1700V的氮化鎵開關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備，高壓電源在工業(yè)、通信、航空航天，以及可再生能源等領域均發(fā)揮著重要作用。雖然目前市面上已經出現(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IC，則是在業(yè)界創(chuàng)下了多個“第一”！

解鎖多個“第一”，引領行業(yè)創(chuàng)新

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

從技術層面看，這款產品是行業(yè)內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用中使用氮化鎵技術的功率器件，這些創(chuàng)新性設計都是業(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，但該產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，氮化鎵器件的開關速度更快、通態(tài)電阻（RDS-ON）更低、驅動損耗更小，尤其是在小型化電源等需要更高頻率的應用場合中，氮化鎵器件具有無可比擬的高轉換效率和低發(fā)熱特性。

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

鑒于這一材料獨特的性能和廣泛的應用前景，近年來PI開始在氮化鎵技術上發(fā)力，快速推進相關產品的研發(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體技術，這再次證明了其在高壓集成電路技術領域的領先地位和強大實力。

據(jù)了解，此前的業(yè)界首創(chuàng)的高耐壓氮化鎵產品是PI于2023年推出的1250V器件。現(xiàn)如今，隨著1700V氮化鎵開關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，得益于氮化鎵開關低輸出電容的特性，使其更加適用于高頻、高壓的開關應用，因而最新推出的InnoMux-2 1700V IC可在反激設計中輕松支持1000VDC額定輸入電壓，并在需要一個、兩個或三個供電電壓的應用中實現(xiàn)了90%以上的效率，從而將功率開關的性能再次提升到了一個新的高度。

多重技術加持，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，使其實現(xiàn)了多路輸出應用的高精度輸出調整，減少了元件數(shù)量，并大大簡化了電路結構。

一是，采用了獨立、精確的多路輸出調整技術。

一般來說，大多數(shù)現(xiàn)代電子系統(tǒng)都依賴于多個內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)性能并產生熱量。

而InnoMux-2 IC通過獨立反饋調節(jié)、對能量進行導引分方式，只利用單級變換即可提供高達三個高精度的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計，同時還優(yōu)化了系統(tǒng)負載響應，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?次級側控制（SSR）數(shù)字隔離通信技術。

PI創(chuàng)新的FluxLink?技術具有次級側控制方式的優(yōu)勢，兼具初級側驅動方式的簡單性，以及極其快速的動態(tài)響應特性，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（ZVS）技術。

零電壓開關（ZVS）技術的基本原理是在開關管兩端的電壓泄放至零伏時再發(fā)出開關開啟的信號，進而可以降低開關損耗，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用至關重要，因在高電壓應用當中器件本身的開關損耗也會急劇增加。而InnoMux-2 1700V IC是利用現(xiàn)有次級側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1000VDC母線下實現(xiàn)高達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。

PowiGaN?技術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?開關替代了價格昂貴的碳化硅晶體管，從而可以大幅減少開關損耗，并使材料成本和生產成本得到全面降低。

五是，采用了單級架構的設計模式。

與傳統(tǒng)的多路輸出電源相比，單級架構這種設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母線電壓下能夠實現(xiàn)超過90%的轉換效率。這樣的設計無需后級穩(wěn)壓器即可精確調整輸出電壓，可使每路輸出的調整精度都控制在1%以內，相較于舊有的初級功率開關級聯(lián)的架構（Stack FET架構），可將系統(tǒng)效率進一步提高10%左右。

另外值得一提的是，PI為了滿足不同的應用需求和設計要求，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計，用戶可以根據(jù)具體的母線電壓高低來選擇，以此應對高電壓環(huán)境下可能遇到的挑戰(zhàn)。

結 語

總之，InnoMux-2 1700V IC不僅刷新了氮化鎵技術的耐壓紀錄，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，是應對高壓電源應用挑戰(zhàn)的理想解決方案。

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