氮化镓（GaN）技术推动电源管理不断革新

原标题：氮化镓(GaN)推动电源管理不断创新的技术

我们可以想象，当你在路上驾驶电动汽车时，电动汽车充电设备的充电效率可以达到你目前使用的充电效率的两倍；只有一半大小的电机驱动前应用程序更有效；笔记本电脑电源适配器小到可以放进口袋。

电子设备的未来取决于电源管理的创新

或者想象一下：每个简单的互联网搜索查询都足以燃烧大约17秒的60瓦灯泡。现在，通过每天数十亿次的查询，你可以获得数十亿千瓦时的能耗。

能源管理更有效，空间更小，挑战丝毫没有减弱。(GaN)预计新技术将大大提高电力管理、发电和功率输出的诸多方面。预计到2030年，电力和电子领域将管理约80%的能源，而2005年的比例仅为30%1。这相当于30亿千瓦时以上的节能。这些电力足以为30多万家庭提供一年的电力。

任何可以直接从电网获取电源的设备（从智能手机充电器到数据中心），或任何可以处理数百伏高压的设备，都可以从氮化镓等技术中受益，从而提高电源管理系统的效率和规模。

寻找理想的开关

任何电源管理系统的核心都是开关，可以打开和关闭电源。它就像墙上的照明开关，但速度会快几百万倍，尺寸会小几百万倍。半导体电源开关的关键属性是效率(低损耗)、可靠性、集成性和负担性。

我们不断寻找理想的开关。理想的开关可以在尽可能少的漏电流的情况下，导电电阻很少，阻断端子上的明显电压。更高的开关频率也意味着工程师可以设计更小的整体功率转换解决方案。最重要的是，半导体开关必须可靠、经济、高效。

几十年来，硅电源开关的功效、速度和可靠性不断提高。低压(低于100伏)或高压容差已成功解决(IGBT以及超结器件)中的效率和开关频率。然而，由于硅的限制，单个硅功率是不可能的FET提供所有这些功能。宽带间隙功率晶体管(如GaN和碳化硅(SiC))预计在高压和高开关频率下提供高功率效率，远远超过硅MOSFET产品。

GaN能为你做什么？

高效的高频开关可以将功率模块的尺寸缩小3到10倍，但需要优化驱动器和控制器拓扑。图腾柱AC/DC转换器是一种不适合硅片的拓扑结构，可以从中受益GaN低导电阻、快速开关和低输出电容，提供三倍高的功率密度。谐振架构，如零电压和零电流开关，可以减少开关损耗，提高整体效率，也可以受益于GaN卓越的开关特性。

许多应用程序需要从相对较高的电压对较高的电压(几百伏)转换为低电压。开关模式功率转换器具有高输入到输出电压比，效率较低。这些电源管理模块通常涉及多个转换阶段。直接从中间的54/48伏总线转换间的54/48伏总线转换为处理器内核电压。氮化镓凭借其独特的开关特性，成为直接转换架构的强有力候选者。目前正在研究数据中心应用服务器电源管理的直接转换。

此外，自动驾驶车辆激光雷达驱动器、无线充电和5G高效功率放大器率放大器包络线跟踪等应用GaN受益于技术效率和快速切换。

GaN功率设备的传导损耗降低，开关频率较高，导致功率密度较高。但热管理和寄生效应不能减少！在较小的体积中集中更多的功率给散热和包装带来了新的挑战。较小的模具面积限制了传统包装技术的效率。三维散热是GaN有前途的封装选择。

生活更环保

为了打破成本和大规模使用周期，一种新的功率半导体技术需要解决现有设备在应用中最引人注目的一些缺点。氮化镓为功率调节的发展创造了机遇，使其在高压应用中的贡献远远超过硅材料。工业电机驱动或并网储能系统的逆变器可以极大地受益GaN更高密度的设备。

GaN它还提供了其它独特的未开发特性，为未来的电力管理提供了新的价值和机遇。与典型的PN结MOSFET不同，GaN双栅结构可用于控制装置双向结构的电流。用于电机驱动的矩阵转换器可以通过使用双向设备减少开关数量。此外，氮化镓装置可以在比硅装置更高的温度下工作，这使得它成为许多流行应用（如集成电机驱动）的有吸引力的选择。

GaN突破性技术的长期影响是显而易见的：低功率损失意味着我们不需要许多新电厂来满足日益增长的电力需求。更高的功率密度意味着更多的集成。电池供电电路(如电动车辆、无人机和机器人中的电路)可以更有效地运行更长时间。数据中心将更有效地运行，并使用数千台服务器帮助我们联系朋友和同事。我们将能够过上更环保的生活。

文章来源：电子工程世界 http://www.eeworld.com.cn/

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