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

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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。 

簡化高電壓系統的電源轉換

在高壓應用中提供有效率的電源轉換時,面臨許多挑戰。了解最新的元件、拓撲和系統級創新如何顯著提高電源系統的效率和密度,同時簡化高壓汽車和工業應用的設計。

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電力電子的下一次革命已經來臨

使用 TI GaN 徹底改變您的高電壓系統。觀看影片,了解我們的 GaN 技術如何協助工程師縮短高壓電源轉換設計的上市時間,同時降低系統成本和環境影響。

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GaN 技術的優點

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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。

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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。

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專為可靠性打造

運用專利矽基氮化鎵技術製程、超過 4 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。

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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

電信和伺服器電源
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
太陽能及儲能系統
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
汽車、OBC 與 DC/DC 轉換器
以我們的 GaN 技術,在電動車中實現高功率密度
HVAC 與電器
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
電力輸送
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

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

參考設計
  • PMP23069 – 具 16-A 最大輸入的 3-kW、180-W/in3 單相圖騰柱免橋接 PFC 參考設計
  • PMP23126 – 3-kW 全橋相移式轉換器搭配主動箝位參考設計,可提供 > 270-W/in3 的功率密度
  • PMP40988 – 可變頻率、ZVS、5-kW、GaN 架構、二相圖騰柱 PFC 參考設計
產品
  • 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

參考設計
  • TIDA-010210 – 以 GaN 為基礎的 11-kW、雙向、三相 ANPC 參考設計
產品
  • 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

產品
  • 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
設計工具和模擬
  • 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

參考設計
  • 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
產品
  • 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

參考設計
  • 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
產品
  • LMG3622 – 具有整合式驅動器、防護和電流感測的 650V 120mΩ GaN FET
  • LMG3624 – 具有整合式驅動器、防護和電流感測的 650V 170mΩ GaN FET
  • LMG2650 – 具有整合式驅動器、防護和電流感測的 650V 95mΩ GaN 半橋
GaN 應用融合台達電子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。GaN 技術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 | 台達電子, 客製化設計業務部門的研發經理

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

檢視新聞稿

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

檢視新聞稿

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

閱讀案例研究

探索精選產品

氮化鎵 (GaN) 功率級 LMG2610 現行 具有整合式驅動器、保護和電流感測功能且適用於 ACF 的 650-V 170/248-mΩ GaN 半橋
新產品 氮化鎵 (GaN) 功率級 LMG3624 現行 具有整合式驅動器、防護和電流感測的 650V 170mΩ GaN FET
新產品 氮化鎵 (GaN) 智慧型電源模組 (IPM) DRV7308 預覽 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)
新產品 氮化鎵 (GaN) 功率級 LMG2100R044 現行 具有整合式驅動器和防護功能的 100-V 4.4-mΩ 半橋 GaN FET

精選產品類別

利用 GaN 功率級進行設計

我們的 GaN FET 產品組合搭載整合式驅動器與保護,可幫助您實現具使用壽命可靠性的高功率密度,以及比競爭解決方案更低的系統成本。

利用 GaN 智慧型電源模組 (IPM) 進行設計

我們的 GaN IPM 產品組合有助於在高電壓馬達驅動應用中,實現最高的電源效率。

繼續您的高電壓設計

設計有效率的高電壓電源轉換系統,只是高電壓應用作業的眾多挑戰之一。前往我們的高電壓技術頁面,進一步了解我們的電源轉換、電流與電壓感測、隔離和即時控制技術,並探索選擇 TI 可為您的下一個高電壓設計帶來哪些優勢。

技術資源

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以 GaN 推動電動車革命
了解 GaN 為何在推動電動車革命方面帶來顛覆性改變。
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Optimizing GaN performance with an integrated driver
進一步了解如何透過整合式閘極驅動器,將 GaN 性能最佳化並將寄生電感降到最低。
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GaN 將顛覆電源管理的三個原因
氮化鎵在越來越多需要更高功率密度與能源效率的應用中取代了矽。