LED中的氮化鎵技術(shù)

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。氮化鎵技術(shù)(GaN)在LED應(yīng)用中早已不是什么新鮮事兒，最早GaN的開發(fā)初衷就是為LED而生，之后的科研人員才開始基于GaN的高頻特性，陸續(xù)在射頻、功率等領(lǐng)域進(jìn)行探索。

不過時(shí)至今日，GaN依然主要是在光源端采用，并沒有在功率系統(tǒng)里廣泛普及，談及原因，PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光(JASON YAN)閻金光表示，十幾年前業(yè)界就開始進(jìn)行第三代寬禁帶半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)化研究工作，但無論是GaN還是SiC的良率都非常低，因此成本很高。同時(shí)GaN的應(yīng)用還非常難，因?yàn)槭歉咚倨骷琍CB Layout非常敏感，EMI設(shè)計(jì)很難，而PI通過集成化方式，將所有設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)都放到了芯片內(nèi)部，增加了產(chǎn)品的可靠性，降低了設(shè)計(jì)難度，使得GaN技術(shù)的大批量市場化應(yīng)用成為可能。

不久前，PI在京召開發(fā)布會(huì)，介紹了PI的新一代PowiGaN技術(shù)，正式將GaN開關(guān)引入PI的反激式開關(guān)電源IC系列中。

PowiGaN技術(shù)已廣泛應(yīng)用

在2018年，采用PI GaN方案的快充產(chǎn)品就已問世量產(chǎn)，目前沒有一顆料失效返廠，充分證明了產(chǎn)品的高可靠性。同時(shí)，GaN開關(guān)優(yōu)秀的效率也得到了市場認(rèn)可。閻金光特別強(qiáng)調(diào)，PI的PowiGaN技術(shù)采用的是單芯片方案，并且所有的工藝都是由PI自己開發(fā)的，完全專有的技術(shù)，不會(huì)被其他廠商所利用，同時(shí)在供應(yīng)鏈方面PI也選擇的是長期穩(wěn)定的代工合作伙伴，保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。

PI CEO Balu Balakrishnan在季報(bào)電話會(huì)議上所說：“基于GaN的InnoSwitch器件具有卓越的高效率，實(shí)現(xiàn)了硅開關(guān)無法達(dá)到的功率密度水平。雖然我們最初關(guān)注這些新產(chǎn)品是針對(duì)移動(dòng)設(shè)備的高功率充電器，但GaN在PI未來幾年的路線圖中將扮演重要角色，我們計(jì)劃推出一系列新產(chǎn)品，將GaN的卓越性能特性帶入更廣泛的應(yīng)用。”

GaN助力緊湊型高功率LED

正如Balu所說，距離宣布推出PowiGaN技術(shù)沒有幾天，PI就宣布將PowiGaN?技術(shù)放到LYTSwitch-6系列安全隔離型LED驅(qū)動(dòng)器IC中，可通過簡單靈活的反激拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)高達(dá)110 W輸出功率和94%轉(zhuǎn)換效率的設(shè)計(jì)。

如圖所示，LYT6079和6070采用了PowiGaN技術(shù)，通過更高效率實(shí)現(xiàn)了免散熱片100W以上的輸出水平，相比同系列其他產(chǎn)品提升了數(shù)十瓦。“產(chǎn)品非常適合在智能家用和商用照明以及薄型天花板凹槽燈應(yīng)用。大功率密度的LYTSwitch-6設(shè)計(jì)可減小LED驅(qū)動(dòng)器的高度和重量，這對(duì)于空間受限且密閉的鎮(zhèn)流器應(yīng)用而言至關(guān)重要。”PI LED照明產(chǎn)品營銷總監(jiān)HubieNotohamiprodjo表示。

閻金光補(bǔ)充道，由于GaN技術(shù)的耐壓更高，因此相對(duì)于傳統(tǒng)硅制程產(chǎn)品來說，壽命更高，非常適合照明驅(qū)動(dòng)這類不易安裝的關(guān)鍵應(yīng)用中。

與LYTSwitch-6相同的高集成度

除了將開關(guān)從Si變?yōu)镚aN之外，整個(gè)芯片沒有任何其他變化，這和PI開發(fā)的PowiGaN技術(shù)的InnoSwitch相一致。而這也是PI的傳統(tǒng)，此前PI引以為傲的FluxLink技術(shù)也是廣泛應(yīng)用在InnoSwitch和LYTSwitch上面。

如圖所示，除了PowiGaN之外，LYTSwitch-6系列還具有八大優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)更高度的初級(jí)側(cè)次級(jí)側(cè)的集成，同時(shí)不需要光耦隔離，顯著降低系統(tǒng)功耗，提升效率并保證器件的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)降低系統(tǒng)整體成本。新的LYTSwitch-6 IC具有極高的效率，無需使用散熱片 – 可大幅減小鎮(zhèn)流器的尺寸和重量，并降低對(duì)驅(qū)動(dòng)器周邊風(fēng)冷環(huán)境的要求。750 V PowiGaN初級(jí)開關(guān)可提供極低的RDS(ON)，并降低開關(guān)損耗。相較于常規(guī)方案，這一改進(jìn)結(jié)合LYTSwitch-6現(xiàn)有的諸多特性，可使功率轉(zhuǎn)換效率提高3%，進(jìn)而減少三分之一以上的熱能浪費(fèi)。

LYTSwitch-6 IC采用PowiGaN技術(shù)，可提供無損耗電流檢測(cè)，有助于提高效率。LYTSwitch-6產(chǎn)品系列的新器件仍保留了快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，可為并聯(lián)LED燈串提供優(yōu)異的交叉調(diào)整率，并且無需額外的二次穩(wěn)壓電路，同時(shí)還支持無閃爍系統(tǒng)工作。這些優(yōu)勢(shì)可以保證更加易于實(shí)現(xiàn)使用脈寬調(diào)制(PWM)接口的調(diào)光應(yīng)用。

閻金光補(bǔ)充道，通過PI的集成MOSFET的HiperPFS-4PFC控制器以及Qspeed升壓二極管，作為功率因數(shù)校正，再結(jié)合LYTSwitch從而實(shí)現(xiàn)包含PFC電路的大功率LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而根據(jù)PI給出的實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，效率超過了90%。盡管目前LED驅(qū)動(dòng)市場廝殺激烈，但大功率且對(duì)尺寸及效率有要求的應(yīng)用，不妨采用GaN技術(shù)，一定可以顯著體現(xiàn)出產(chǎn)品的差異化，正如目前適配器市場正在發(fā)生的變化一樣。相信在未來的科學(xué)技術(shù)更加發(fā)達(dá)的時(shí)候，LED會(huì)以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便，這就需要我們的科研人員更加努力學(xué)習(xí)知識(shí)，這樣才能為科技的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。