GaN：超越功率密度與效率的極限
以更少能源與更小體積設計更快速、更低溫的系統
什麼是氮化鎵 (GaN)？
氮化鎵 (GaN) 是一種寬能隙半導體，與傳統矽金屬氧化半導體場效電晶體 (MOSFET) 和絕緣閘雙極電晶體 (IGBT) 相比，可提供更高的功率密度與更高效率。GaN 比僅使用矽的解決方案能更有效率地處理電力，可減少電源轉換器 80% 功率損耗，並將增加冷卻零組件的需求降到最低。GaN 可在更小空間中封裝更多電源，讓您設計出更小、更輕的系統。
GaN 技術的優點
更快的切換速度、更高的效率
我們的 GaN FET 搭載整合式驅動器，可提供 150 V/ns 的切換速度。這些切換速度結合低電感封裝，可減少損耗、實現乾淨切換並減少振鈴。
更小的系統尺寸、更高的功率密度
我們的 GaN 裝置具備更快的切換速度，可幫助您實現超過 500 kHz 的切換頻率，因此最多可讓磁性元件縮小 60%，並且可縮減系統尺寸與降低系統成本。
專為可靠性打造
運用專利矽基氮化鎵技術製程、超過 8 千萬小時的可靠性測試與保護功能，我們的 GaN 裝置可確保高電壓系統安全無虞。
專屬設計工具與資源
利用我們的 GaN 設計資源縮短上市時間，其中包括功率損耗計算機、電路模擬專用的 PLECS 模型，以及可在較大型系統中測試與操作的評估電路板。
探索精選應用
運用我們的 GaN 技術，實現 80 Plus® Titanium 標準、96.5% 總能源效率，以及超過 100-W/in^3 的功率密度
使用我們的 GaN 裝置，設計支援儲存、雲端應用、中央運算能力等的電信與伺服器系統。爲幫助滿足您的能源效率設計要求，我們的設計可達 80® Plus Titanium 標準，並實現 99% 以上的功率因數校正 (PFC) 效率。
優點
- 以 GaN 在圖騰柱免橋接 PFC 拓撲中實現 >99% 效率
- 切換頻率 >500 kHz 的隔離式 DC/DC 轉換器，可減少磁性元件
- 整合式閘極驅動器可減少寄生損耗，並簡化系統級設計
特色資源
- LMG3422R030 – 具有整合式驅動器、防護和溫度報告功能的 600-V 30-mΩ GaN FET
- LMG3422R050 – 具有整合式驅動器、防護和溫度報告功能的 600-V 50-mΩ GaN FET
- LMG3411R150 – 具有整合驅動器和逐週期過電流保護功能的 600-V 150-mΩ GaN
以我們的 GaN 技術，在雙向 AC/DC 電源轉換系統中實現超過 1.2-kW/L 功率密度
運用我們的 GaN 裝置開發太陽能與風力發電系統，協助您設計更精巧、更有效率的 AC/DC 逆變器、整流器和 DC/DC 逆變器。透過 GaN 雙向 DC/DC 轉換，您可將能源儲存系統整合至太陽能轉換器，減少對電網的能源依賴。
優點
- 功率密度高 3 倍 (>1.2 kW/L)，但重量比現有 AC/DC 與 DC/DC 轉換器更低。
- GaN 在 140 kHz 時的快速切換特性可將 SiC FET 的功率密度提高 20%
- 因低成本磁性元件與 2 級 SiC 拓撲達到系統成本平價
特色資源
- TIDA-010210 – 以 GaN 為基礎的 11-kW、雙向、三相 ANPC 參考設計
- LMG3422R030 – 具有整合式驅動器、防護和溫度報告功能的 600-V 30-mΩ GaN FET
- LMG3522R030-Q1 – 具有整合式驅動器、防護和溫度報告功能的車用 650-V、30-mΩ GaN FET
- LMG3422R050 – 具有整合式驅動器、防護和溫度報告功能的 600-V 50-mΩ GaN FET
以我們的 GaN 技術，在電動車中實現高功率密度
混合動力 (HEV) 和電動車 (EV) 中的新一代單相 AC、400-V 板載充電器 (OBC) 和高至低電壓 DC/DC 轉換器使用 GaN 電源裝置在更高頻率下進行切換並縮小磁性元件尺寸，可轉換至比矽及以 SiC 型 OBC 更高的功率密度。
優點
- 3.8-kW/L 功率密度，代表在相同體積下可提供比 SiC 更多的功率
- CLLLC 切換頻率為 >500-kHz，PFC 則為 120-kHz
- 96.5% 綜合系統級效率
- 整合式閘極驅動器可簡化系統級設計
特色資源
- LMG3522R030-Q1 – 具有整合式驅動器、防護和溫度報告功能的車用 650-V、30-mΩ GaN FET
- GaN-Based, 6.6-kW, Bidirectional, Onboard Charger Reference Design – Test report
- Thermal Design and Performance of Top-Side Cooled QFN 12x12 Package – Application note
- POWERSTAGE-DESIGNER – 最常用切換模式電源供應器的 Power Stage Designer™ 軟體工具
利用我們的 GaN 裝置，在加熱、通風與空調 (HVAC) 和電器的馬達驅動中，實現更高電源效率與更小外形尺寸
有效率的馬達驅動對電器和 HVAC 系統來說至關重要，如此才可滿足全球嚴格的能源標準。相較於 IGBT 和 MOSFET，我們的 GaN 功率級和智慧型電源模組 (IPM) 產品組合具有更高的效率，因此可縮減系統尺寸和成本。
優點
- 切換損耗降低可使馬達驅動功率級效率達 >99%
- 小巧尺寸、高整合度和冷卻能力，可自然而然地減少設計尺寸與成本
- 聲音改善、高達 60kHz 的更高切換頻率，以及較低的失效時間
特色資源
- TIDA-010273 – 250W 馬達逆變器參考設計
- TIDA-010203 – 具 C2000 和 GaN 的 4-kW 單相圖騰柱 PFC 參考設計
- TIDA-010236 – 適用於電器的 4-kW GaN 圖騰柱 PFC 參考設計
- DRV7308 – 具備防護及電流感測功能的 650V、205mΩ 3 相位整合式 GaN 智慧型電源模組 (IPM)
- LMG3422R030 – 具有整合式驅動器、防護和溫度報告功能的 600-V 30-mΩ GaN FET
- LMG3422R050 – 具有整合式驅動器、防護和溫度報告功能的 600-V 50-mΩ GaN FET
開發尺寸較小的 AC/DC 解決方案，並達到超過 95% 的系統效率，同時簡化散熱設計
我們的整合式低功率 GaN 裝置可為消費者日常使用的應用帶來功率密度和效率優勢，例如行動電話和筆記型電腦變壓器、電視電源供應單元和 USB 壁式插座等。
優點：
- >95% 的系統效率
- 最多可將消費性 AC/DC 解決方案尺寸縮減 50%
- 整合式電流感測有助於進一步提升效率，以及縮減印刷電路板尺寸
特色資源
- TIDA-050074 – 140-W GaN 式 USB PD3.1 USB-C® 變壓器參考設計
- TIDA-050072 – 65W GaN 架構 USB PD3.0 USB-C 變壓器參考設計
- PMP22244 – 具備 GaN 的 60-W USB Type-C® 高密度主動箝位返馳參考設計
- Maximize System Efficiency With Integrated Current Sensing From TI GaN – Application brief
- The benefits of low-power GaN in common AC/DC power topologies – Technical article
客戶成功案例
了解我們的客戶對 TI GaN 技術的看法，以及該技術如何幫助他們實現更小、更可靠和更有效率的高電壓設計。
群光電能 (Chicony Power)
「GaN 為電源供應設計帶來革命性的改變。其高頻率切換特性和較低的傳導阻抗，是提高電源產品效率和縮小其尺寸的決定性因素，進而顯著減少電源產品的能源消耗和所採用的材料，為群光電能 (Chicony Power) 的環保設計概念帶來新的機會。」
- Yang Wang | 群光電能 (Chicony Power) 研發副總裁
LITEON
「在開發新一代高端伺服器電源供應器時，LITEON 以最佳研發團隊和最先進的材料技術應對挑戰。LITEON 透過使用 TI 的 GaN 解決方案率先達成目標，並且滿足資料中心的節能要求。」
- Todd Lee | LITEON Technology 雲端基礎設施平台與解決方案 RD 資深總監
Delta
「GaN 應用融合 Delta (Electronics) 的高效率電力電子核心專業技術，在不犧牲效率性能的情況下，實現最大的功率密度。最終，GaN 技術可開啟通往新產品世界的大門，將過去的不可能化為現實。」
- Kai Dong | Delta Electronics 客製化設計業務單研發經理
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