預(yù)想高壓GaN的未來(lái)

您可以想象一個(gè)這樣的世界：人類不再需要建造這么多發(fā)電廠來(lái)滿足不斷躥升的數(shù)字需求。在這個(gè)世界中，工業(yè)、企業(yè)計(jì)算、電信和可再生能源系統(tǒng)的運(yùn)行速度大大加快，并且效率更高。

這樣的世界也許很快就可以實(shí)現(xiàn)了。

TI最近推出的LMG3410用開創(chuàng)性的氮化鎵 (GaN) 技術(shù)搭建的高壓、具有集成驅(qū)動(dòng)器的解決方案，相對(duì)于傳統(tǒng)的、基于硅材料的技術(shù)，創(chuàng)新人員將能夠創(chuàng)造出更加小巧、效率更高、性能更佳的應(yīng)用。

“氮化鎵就像一個(gè)超級(jí)增壓引擎，”TI高壓新技術(shù)開發(fā)組總監(jiān)Steve Tom說(shuō)，“它使得系統(tǒng)運(yùn)行更快，效率更高，以及動(dòng)力更加強(qiáng)勁。它周圍的驅(qū)動(dòng)器、封裝和其它組件能夠真正地提高任何系統(tǒng)的性能。”

GaN的強(qiáng)大功能可以造福我們每個(gè)人。每次您使用智能手機(jī)、網(wǎng)上下單、查看社交媒體，或者將照片上傳至在線賬戶時(shí)，您連接的都是一個(gè)包含數(shù)千臺(tái)服務(wù)器的巨大數(shù)據(jù)中心。

而服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的運(yùn)轉(zhuǎn)耗電量很大，隨著我們的生活與網(wǎng)絡(luò)互連的關(guān)系越來(lái)越緊密，以及對(duì)于高耗能數(shù)字器件的依賴程度越來(lái)越高，我們對(duì)于電力和發(fā)電廠的需求也增長(zhǎng)越來(lái)越快。

“由于我們對(duì)電子元器件的期待越來(lái)越高，同時(shí)隨著物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，我們的設(shè)備都被連接在了一起，我們需要消耗更多的電能，”GaN開發(fā)團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)和應(yīng)用工程師Eric Faraci說(shuō)，“更多的能耗意味著需要建造更多的大型電廠。但是，如果使用諸如氮化鎵的技術(shù)，我們可以將發(fā)電效率提高到一定的程度，這樣的話，我們也許就不再需要提高發(fā)電能力了。”

所以，我們可以想象一個(gè)更加綠色環(huán)保的生活。

“我們需要減少能耗，”Steve說(shuō)，“全世界范圍內(nèi)不斷增長(zhǎng)的用電需求不利于可持續(xù)發(fā)展。”

在TI，我們不僅憧憬著未來(lái)的美好生活，也一直致力于盡早實(shí)現(xiàn)這些未來(lái)技術(shù)。

散熱降低

GaN是將鎵元素和氮元素這兩個(gè)元素組合在一起而創(chuàng)造出來(lái)的一款超快速的半導(dǎo)體材料。多年以來(lái)，硅材料一直是支撐電子元器件底部的基礎(chǔ)構(gòu)造塊。相對(duì)于硅材料，這個(gè)組合使得電子元件能夠更加自由地運(yùn)動(dòng)。

從手機(jī)到高端工業(yè)用工具和服務(wù)器，各種系統(tǒng)中的電路的工作方式都是不斷接通和斷開數(shù)百萬(wàn)個(gè)微型開關(guān)。開關(guān)每移動(dòng)一次都會(huì)產(chǎn)生熱量。

這樣發(fā)熱便限制了系統(tǒng)的性能。比如說(shuō)，當(dāng)您的筆記本電腦的電源變熱，其原因就在于流經(jīng)電路開關(guān)內(nèi)的電子產(chǎn)生了熱量，并且降低了筆記本電源的工作效率。

由于氮化鎵是一款更好、效率更高的半導(dǎo)體材料，它的發(fā)熱量更低，所以設(shè)計(jì)人員能夠在更小的空間內(nèi)配置更多的開關(guān)。

在隔離式高壓工業(yè)、電信、企業(yè)計(jì)算機(jī)和可再生能源應(yīng)用中，集成式驅(qū)動(dòng)器的600V GaN功率級(jí)開關(guān)顯得特別重要。LMG3410的優(yōu)勢(shì)包括：

· 將目前技術(shù)最先進(jìn)的硅材料功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器的功率密度加倍。

· 相對(duì)于分立式GaN解決方案，其功率損耗、電壓應(yīng)力和電磁干擾更低。

· 啟用全新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

“GaN是相較其他材料更好的工具，”Steve說(shuō)，“如果您能極大地提升開關(guān)的密度，降低電阻率，并使它們移動(dòng)的更快，您就將降低散熱的需要，正因如此，您將獲得相同尺寸，更佳的性能。它所實(shí)現(xiàn)的這些美妙功能突破了之前對(duì)于電子元器件處理能力的限制。”

完整的解決方案

GaN解決方案的推出將對(duì)高壓應(yīng)用產(chǎn)生一個(gè)近期的影響。但是，隨著包含GaN的系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來(lái)越普及，它的使用將擴(kuò)展至高端音頻放大器、無(wú)人機(jī)、電動(dòng)汽車、照明、計(jì)算、太陽(yáng)能板、針對(duì)車輛的成像技術(shù)等，并將最終擴(kuò)展至所有由墻上插座供電的低壓應(yīng)用。

“不同類型的應(yīng)用層出不窮，”Steve說(shuō)，“我們以無(wú)人機(jī)為例。目前，無(wú)人機(jī)主要用于業(yè)余愛好，但是有了GaN后，我們也許能夠?qū)⑺鼈冇糜诟由虡I(yè)化和工業(yè)化的應(yīng)用。”

Steve說(shuō)，關(guān)鍵的事情是電池的使用壽命。目前，大多數(shù)無(wú)人機(jī)在再次充電、返航或電量耗盡前的飛行時(shí)間大約為20分鐘。

“GaN眾多之一的優(yōu)勢(shì)在于其切換迅速，并且驅(qū)動(dòng)效率更高，因此您可以減小組件、磁性元件、電感器和電容器的體積以及重量，”他說(shuō)，“這將直接增加無(wú)人機(jī)的飛行時(shí)間。”

由于我們已經(jīng)將GaN開關(guān)與一個(gè)驅(qū)動(dòng)器封裝在一起，并且配置了一個(gè)能夠幫助應(yīng)用充分發(fā)揮其高性能優(yōu)勢(shì)的完整生態(tài)系統(tǒng)對(duì)其提供支持，此類應(yīng)用將運(yùn)行得更加高效。此外，此器件還包含了內(nèi)置的保護(hù)設(shè)備能夠抵抗溫度、短路和不同電壓條件等各種問題。

“我們從整個(gè)系統(tǒng)的角度來(lái)審視這個(gè)器件，”TI高級(jí)技術(shù)營(yíng)銷經(jīng)理Masoud Beheshti說(shuō)，“使客戶能夠更加輕松地把這款器件應(yīng)用到他們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)當(dāng)中。我們充分了解如何使這款器件與我們產(chǎn)品庫(kù)中的其它器件配合在一起，以提供一個(gè)完整的解決方案，這將幫助我們的用戶加快其產(chǎn)品上市時(shí)間，以及更加快速且有效地解決他們的問題。”

減少阻礙

LMG3410是第一款包含TI GaN開關(guān)的集成電路。這些器件生產(chǎn)于制造硅材料兼容晶圓的工廠，擁有TI數(shù)十年工藝技術(shù)經(jīng)驗(yàn)作為品質(zhì)保證。

“經(jīng)過(guò)三百萬(wàn)小時(shí)以上的可靠性測(cè)試，LMG3410使得電源設(shè)計(jì)人員有信心挖掘GaN的潛能，并且重新考慮那些之前不可行的電源架構(gòu)和系統(tǒng)，”TI高壓電源解決方案副總裁Steve Lamhousse說(shuō)，“這項(xiàng)技術(shù)展示了TI強(qiáng)大的生產(chǎn)能力和在系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)領(lǐng)域的影響力，這個(gè)全新的功率級(jí)是TI在GaN市場(chǎng)上邁出的重要一步。”

這就減少了某些阻礙，從而使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑦@款器件用于他們的應(yīng)用，Steve Tom補(bǔ)充道。

“這也是我們希望控制生產(chǎn)制造的原因，”他說(shuō)，“正因如此，我們?cè)诳煽啃詼y(cè)試方面投入大量時(shí)間?；谶@個(gè)原因，我們已經(jīng)開發(fā)出了伴隨電路，盡可能地提高這款器件的性能。”

“有了GaN如此強(qiáng)大的性能，我們將幫助設(shè)計(jì)人員將他們的應(yīng)用提高到一個(gè)全新的水平。”

其它資源：

• 查看TI的GaN解決方案產(chǎn)品庫(kù)。

• 閱讀我們?nèi)碌陌灼?ldquo;用集成驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化GaN性能。”

• 通過(guò)閱讀博文：“讓我們一起實(shí)現(xiàn)氮化鎵的可靠運(yùn)行”，進(jìn)一步了解TI如何使GaN更加可靠。

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