氮化鎵 (GaN) 是一種寬能隙半導體,與傳統矽解決方案相比,可提供更快的切換、更高的效率和更高的功率密度。如此可實現更小、更輕的設計,並提升熱性能與降低功率損耗。TI GaN 技術可支援各種應用,其中包括消費性電子、數據中心、電網與電信 基礎設施以及汽車電力電子,進而維持高性能與可靠性。

為何選擇我們的 GaN 技術?

更快的切換速度、更高的效率
更小的系統、更高的功率密度
專為可靠性打造
規模化 GaN 技術
產品

探索我們的 GaN 產品組合

以 GaN 解鎖更高功率密度與效率

隨著電源需求增加,GaN 的採用也持續加速新一代架構的發展。我們完全整合的 GaN 功率級將 GaN HEMT、驅動器、保護與控制整合在單晶片解決方案中,專為數據中心、伺服器電源、太陽能逆變器、工業系統、汽車等應用所設計。

  • 可為更小的磁性元件與更高的功率密度實現高達 1MHz 的高切換頻率。
  • 減少切換損耗以提升效率並簡化偏壓電路。
  • 整合驅動器與保護功能,以簡化設計與減少迴路寄生。

White paper

Achieving GaN Products With Lifetime Reliability

本白皮書透過全方位測試展示 TI GaN 電源裝置的可靠性,且可在硬切換、動態應力、突波事件和實際電源條件下展現穩固性能。
Application brief

GaN FET 在人形機器人中的應用

了解將 GaN FET 整合到人形裝置時,如何滿足極具挑戰性的尺寸與散熱要求,同時仍維持複雜系統的平穩運作。

3.6kW,54V 單相 AC 轉 DC 整流器參考設計,皆採用 GaN 開關

此設計強調 GaN 在新一代數據中心伺服器電源供應器中所扮演的角色,其使用圖騰柱 PFC 和 LLC 轉換,在半負載下實現高達 98.9% PFC 效率和 98.5% LLC 效率。

LMG3670R010預覽

具有整合式驅動器的 650V 10mΩ STOLT 封裝 GaN FET

LMG3650R035現行

具有整合式驅動器和防護功能的 650V 35mΩ TOLL 封裝 GaN FET

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

提升性能,&簡化電源供應設計

我們採用整合式 GaN 技術的 AC/DC 產品專為新一代應用而設計,包括轉接器、電器、伺服器電源和充電器。透過整合 UCG28826 等高性能 GaN HEMT,這些解決方案可提供領先業界的功率密度、高效率和低待機功耗。

  • 透過自偏壓和無輔助繞組感測簡化設計並提升效率。
  • 透過整合高電壓啟動、X 電容器放電與保護功能,降低 BoM 成本。
  • 支援 EMC 相容性,包括準諧振切換、突衝模式運作、電壓轉換速率控制。

Technical article

無輔助 GaN 返馳式轉換器如何解決 AC/DC 變壓器設計挑戰 (Rev. A)

探討 TI 的 UCG28826 整合式 GaN 返馳式轉換器如何協助您克服 AC/DC 轉接器設計挑戰。

具有自偏壓 GaN 返馳的 65W USB-C® 充電器示範

我們的 65W 雙 USB Type-C® PD 充電器參考設計專為高效率和可靠性而設計,其特色是採用業界首款自偏壓 GaN 返馳式轉換器 UCC28826。

USB 電力傳輸充電器參考設計(採用自偏壓 GaN 返馳式轉換器)

具有 GaN 返馳的 65W 雙埠 USB-PD 充電器。90-264VAC 輸入符合 DoE VI &CoC V5 標準,並具備低待機功耗。UCG28826 可消除輔助繞組。2.3W/cm³ 功率密度。

UCG28836現行

具有整合式 GaN (65W) 和低待機功耗的自偏壓高頻 QR 返馳式轉換器

UCG28824現行

具有整合式 GaN (45W) 的自偏壓高頻 QR 返馳式轉換器

UCG28828現行

具有整合式 GaN 功率 FET 的高頻率 QR 返馳式轉換器,輸出功率高達 120W 並帶有 PFC 功能

具備整合式 GaN FET 的降壓與升壓轉換器

這些解決方案專為更小、更輕且更有效率的電源系統而設計,可減少在尺寸、效率和性能之間的傳統取捨。透過運用先進的 GaN 技術,工程師將可實現比矽基設計更高的性能。

  • 以更小的解決方案尺寸提供更高功率。
  • 為嚴苛的高功率應用實現高效率。
  • 透過將 GaN FET、控制器、驅動器和靴帶式電路整合在單一封裝中,簡化設計。

48V–12V GaN 功率 2kW 四相降壓轉換器,1/4 磚型電源模組參考設計

本參考設計為 2kW 高功率密度的 48V 至 12V 閉環匯流排轉換器,採四相降壓架構,適用於企業級運算應用。在 48V 輸入電壓下,本設計達成 >98% 峰值效率與 97.5% 全負載效率。

3V 至 42V 同步 GaN 升壓轉換器參考設計

這款參考設計旨在實現高升壓比與高效率。這款設計可在寬廣的輸入電壓範圍內運作,最低輸入電壓為 3V,此電壓由內建氮化鎵 (GaN) FET 的 LMG5126 升壓轉換器提供。

LMG708B0預覽

5V to 65V (80V transients), 20A, synchronous buck converter with integrated GaN FETs

LMG5126現行

具有輸出電壓追蹤的 42V VIN、2.5MHz 同步 GaN 升壓轉換器

驅動器實現更高效率、更高功率密度&流暢控制

我們的整合式 GaN 馬達驅動器包括領先業界的 GaN 智慧型電源模組 (IPM),可實現 >99% 逆變器效率、提升熱性能並將功率損耗降到最低。針對家用電器、機器人、電動自行車、無人機和電動工具等應用,我們的 GaN 驅動器可提供卓越的諧波控制,實現更安靜的操作、更流暢的性能以及精確的馬達控制。這可降低系統成本、能源消耗,並實現符合效率需求的精巧設計。

  • 透過整合式 GaN 半橋功率級,將 PCB 尺寸縮小 50% 以上。
  • 在高切換頻率 (100kHz) 下,可將功率損耗降低多達 50%。
  • 將失效時間 (<150ns) 降至最低,並將切換最佳化,以減少電流失真進而獲得更好的聲音效果。

White paper

三相位整合式 GaN 技術如何實現最高的馬達驅動性能

閱讀 GaN 設計考量,並了解 GaN 如何提升馬達效率。

高效率的 GaN IPM

利用 DRV7308 GaN IPM 設計更有效率、更精巧的馬達系統。

具有工業通訊參考設計的 48V 1kW 機器人關節馬達控制

採用 DRV7167 GaN 半橋與 TI Sitara™ AM261x MCU,於 70mm PCB 上實現之工業乙太網路馬達驅動參考設計,適用於類人型機器人關節(48V、1kW)。高功率密度、即時控制與系統測試進行中。

DRV7308現行

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)

DRV7167預覽

100V 60A half-bridge GaN motor driver power stage
資源

尋找資源以開始着手


影片

使用 TI GaN 徹底改變高電壓電源

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。


部落格

GaN 將顛覆電源管理的三個原因



參考設計

1.3kW GaN 圖騰柱功率因數校正和馬達逆變器參考設計

此參考設計為一款 1.3kW 圖騰柱功率因數校正 (PFC) 結合馬達逆變器的解決方案,適用於大型家電及同類產品。本設計展示了一種實現數位圖騰柱 PFC 與三相永磁同步馬達 (PMSM) 無感測向量控制的方法,僅需單個 C2000™ 微控制器即可滿足高效率與低高度設計需求。此參考設計提供的軟硬體皆經過測試且隨時可用,有助於加快開發上市時間。
參考設計

48V–12V GaN 功率 2kW 四相降壓轉換器,1/4 磚型電源模組參考設計

本參考設計為 2kW 高功率密度的 48V 至 12V 閉環匯流排轉換器,採四相降壓架構,適用於企業級運算應用。在 48V 輸入電壓下,本設計達成超過 98% 峰值效率與 97.5% 全負載效率。本設計採用 LMG3100R017,為 TI 高效能氮化鎵 (GaN) 功率級元件之一。控制電路採用 UCD3138A 高效能微控制器,封裝形式為 40 腳 QFN。

參考設計

具有工業通訊參考設計的 48V 1kW 機器人關節馬達控制

此參考設計採用 TI Sitara™ MCU- AM261x 裝置處理工業乙太網路連線馬達驅動。此設計使用直徑 70mm 的印刷電路板 (PCB) 以驅動人形機器人關節(48V,1kW Eyoubot 馬達)。此設計展示了精巧的外形和簡化的整合平台。此平台包括一個使用三個 DRV7167 半橋 GaN 馬達驅動功率級的高功率密度區段、一個使用 AM2612 500MHz R5F 核心 MCU 和 AMC0106 功能隔離的 ΔΣ 調變器的準確即時控制級,以及透過工業乙太網路運作的高頻寬通訊。

應用

精選應用


電信和伺服器電源

推動電信與伺服器電源轉型,以滿足未來的運算需求

使用我們的 GaN 裝置,設計適用於儲存、雲端與高性能運算的電信與伺服器電源系統。這些裝置有助於滿足支援最高 80 PLUS® Titanium 標準的嚴苛效率要求,並可實現超過 99% 的功率因數校正 (PFC) 效率。在隔離式 DC/DC 轉換器中實現超過 500kHz 的切換頻率,並透過整合式設計縮減磁性元件尺寸,同時將寄生損失降到最低

參考設計

可變頻率、ZVS、5-kW、GaN 架構、二相圖騰柱 PFC 參考設計

此參考設計為高密度且高效率的 5-kW 圖騰柱功率因數校正 (PFC) 設計。此設計採用具可變頻率和零電壓切換 (ZVS) 的雙相圖騰柱 PFC 運作。此控件採用新拓撲與改良三角電流模式 (iTCM) 實現小尺寸與高效率。該設計在 TMS320F280049C 微控制器內部使用高性能處理核心,以在廣泛的操作範圍內保持高效率。PFC 採用介於 100 kHz 和 800 kHz 之間的可變頻率來運作。開放訊框功率密度 120 W/in3 實現 99% 的峰值系統效率。
參考設計

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

此參考設計展示了使用 C2000 F28003x 和 F28004x 微控制器控制連續導通模式圖騰柱功率因數校正轉換器 (PFC) 的方法。PFC 在電網連接 (電流控制) 模式下也可用作逆變器。轉換器的設計可支援 16-ARMS 最大輸入電流及 3.6 kW 最大功耗。具有整合式驅動器與防護的 LMG3522 頂端冷卻 GaN 產品可實現更高效率,並可縮減電源供應器尺寸和複雜性。基於 F28004x 或 F28002x 的 C2000 控制器可用於所有進階控制,例如快速繼電器控制和反向電流保護。此設計支援適應性失效時間以提升效率、在輕負載情況下加強功率因數的輸入電容方案,以及在 PFC (...)

參考設計

3.6kW,54V 單相 AC 轉 DC 整流器參考設計,皆採用 GaN 開關

此參考設計為數位控制的 3.6kW,54V 單相 AC 轉 DC 整流器,皆採用 GaN 開關。此設計示範採用標準外型尺寸的模組化硬體系統通用備援電源供應器 (M-CRPS)。輸入級選擇單相圖騰柱免橋接功率因數校正 (PFC),而輸出級則選擇配備全橋式同步整流器 (FB SR) 的全橋式雙電感器 - 電容器 (FB LLC) 轉換器。在半負載時,LLC 級效率達到 98.5%,而 PFC 級效率則達到 98.92%。

終端設備 - 子系統

太陽能與能源儲存

以無與倫比的效率和密度徹底改變能源儲存

使用 GaN 裝置設計太陽能與儲能系統,以實現更小、更有效率的 AC/DC 電源轉換。GaN 可實現雙向功率流,進而將能源儲存無縫整合至太陽能逆變器中,並減少對電網的依賴。這些解決方案可提供比傳統轉換器高出 3 倍的功率密度 (>1.2 kW/L),且透過高頻 GaN 切換 (140kHz),密度比 SiC FET 高 20%。與 2 級 SiC 設計相比,GaN 技術透過更小的磁性元件和更簡單的拓撲可降低系統成本。

參考設計

以 GaN 為基礎,具備有線與無線通訊功能的 600W 太陽能優化器參考設計

此參考設計為太陽能最佳化工具,可支援高達 80V 的輸入電壓及 80V 的輸出電壓,並提供高達 18A 的輸出及輸入電流。此設計使用可配置的四開關降壓升壓轉換器,將面板電流升壓或降壓至串列電流。旁路電路採用智慧型二極體控制器架構設計。

此參考設計包括電源線通訊 (PLC),同時具備無線通訊功能。數位控制和通訊皆在單一 C2000™ 微控制器 (MCU) 中執行。


終端設備 - 子系統

電力輸送

為日常裝置提供無與倫比的性能

我們的整合式低功率 GaN 裝置可為日常消費應用提供卓越的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。這些解決方案的系統效率超過 95%,因此可將消費性 AC/DC 解決方案尺寸縮減多達 50%,而其整合式電流感測功能則可進一步提升效率,並將印刷電路板體積縮減到最小。

參考設計

具有整合式 GaN 的通用 AC 輸入 65W 薄型 AC/DC USB PD 充電器參考設計

此參考設計為 65W、薄型 AC/DC USB 電力輸送 (PD) 充電器參考設計,具備整合式返馳控制器與氮化鎵 (GaN) 電源開關。此設計採用薄型平面式印刷電路板 (PCB) 變壓器,可實現低於 10mm 的高度。返馳轉換器 UCG28826 具有 VCC 自偏壓,並可免除對附屬線圈及相關 VCC 整流器電路的需求,進而簡化平面變壓器的 PCB 繞線設計。此設計可符合能源效率標準與法規要求,包含美國能源部 (DoE) Level VI 及歐盟行為準則 (CoC) V5 Tier 2 標準。此設計在 230VAC 輸入下可實現低於 75mW 的待機功耗。
參考設計

65W 雙埠 USB 電力傳輸充電器參考設計(採用自偏壓 GaN 返馳式轉換器)

此參考設計為搭載自偏壓氮化鎵 (GaN) 返馳的 65W 雙埠 USB PD 快充充電器。此設計可在 90VAC 至 264VAC 間提供 65W 全額定功率,並可滿足效率標準與規範,例如針對在 25%、50%、75%、100% 下之平均效率的 DoE Level VI 和 CoC V5 Tier 2 效率標準,同時也可達到低待機功耗。AC-DC 級返馳轉換器 UCG28826 具有 VCC 自偏壓,並可免除對附屬線圈及相關 VCC 整流器電路的需求,進而簡化電路。DC-DC 級降壓轉換器 TPS56837HA 切換頻率以 500kHz 運作,可進一步將降壓級尺寸縮減至最小,產生每立方公分 (...)


終端設備 - 子系統

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

混合動力 (HEV) 和電動車 (EV) 中的新一代單相 AC、板載充電器 (OBC) 和高至低電壓 DC/DC 轉換器利用 GaN 電源裝置實現更高的切換頻率並縮小磁性元件尺寸,從而提供比矽及 SiC 型替代產品更優異的功率密度。這些解決方案在同等體積下可提供比 SiC 更多的功率,其中,CLLLC 的切換頻率超過 500kHz,PFC 則超過 120kHz,同時實現 96.5% 的系統級綜合效率,並採用可大幅簡化系統級設計的整合式閘極驅動器。

參考設計

15kW 至 30kW、雙向、三相帶中性線之基於 GaN 的飛馳電容器參考設計

此參考設計提供了一個設計範本,用於實現基於氮化鎵 (GaN) 的三階層、三相帶中性線飛馳電容器功率級。使用快速切換功率裝置可在同等 125kHz 頻率進行切換、減少濾波器的磁性元件尺寸,以及提升功率級的功率密度。此多階層拓撲結構允許在最高達 900V 的較高直流匯流排電壓下使用 650V 額定功率裝置。電晶體上的較低切換電壓應力減少了切換損耗,從而實現滿功率下 98.9% 的效率。


終端設備/子系統

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

為滿足全球嚴格的能源標準,有效率的馬達驅動對電器和 HVAC 系統來說至關重要,而我們的 GaN 功率級和智慧型電源模組 (IPM) 產品組合則可提供比 IGBT 和 MOSFET 更高的效率,有效縮減系統尺寸和成本。這些解決方案可透過降低切換損耗實現效率超過 99% 的馬達驅動功率級,而其小巧尺寸、高度整合和自然冷卻能力,可進一步將系統尺寸與費用降至最低,同時提供改善的聲音效果,高達 60kHz 的更高切換頻率,以及更低的失效時間。

參考設計

250W 馬達逆變器參考設計

此參考設計為用於主要電器或類似應用的 250W 馬達驅動器,設計中呈現無散熱器的 GaN IPM DRV7308 架構高效率馬達逆變器,還展示了具有 UCC28911 的低待機功耗設計。此參考設計展示透過具有 FAST™ 軟體編碼器或 eSMO 的三相 PMSM 來實作無感測器 FOC 控制的方法。此參考設計採用模組化設計,在同一個主機板上同時支援 C2000™ MCU 和 MSPM0 系列微控制器子板。此參考設計提供的軟硬體皆經過測試且隨時可用,有助於加快開發至上市時間。設計詳細資訊和測試結果可在此設計指南中找到。

參考設計

180VAC 至 275VAC 輸入、96W-24W AC/DC 返馳式自偏壓 GaN 參考設計

此參考設計為電源供應器,4 秒內平均 24V 1A,可高達 96W。此設計支援需要解決高峰值功率的所有情況,例如馬達驅動或過渡電源負載。整合式準諧振控制器、氮化鎵 (GaN) 開關與自偏壓區段在維持低待機損耗的同時,提供高效能,並且免除變壓器上輔助繞組的需求。簡易變壓器結構可降低電感洩漏,並透過減少減震器損耗來提升效率。此外,移除輔助繞組及其相關元件,可降低 BOM 成本並減少 PCB 佔用空間。

參考設計

準諧振 GaN 返馳參考設計

此參考設計可從 195VAC 至 265VAC 輸入產生具 2.5A 負載電流的 24V 輸出。此設計使用自偏壓氮化鎵 (GaN) 返馳 UCG28826。此設計可提供 60W 輸出功率。此設計不需要輔助變壓器繞組,因為此裝置整合了自偏壓和無輔助感測方案。此設計可在全負載情況下以 130kHz 切換頻率運作,並降低中或輕負載的切換頻率,以維持高效率。


終端設備/子系統
成功案例

成功案例

松下汽車系統株式會社利用 TI 的 GaN 專業技術,協助其過渡至 48V 音訊系統

"將 GaN FET 直接整合到降壓轉換器中,對我們的 48V 音訊架構而言是一項關鍵性的突破。TI 的解決方案在緊湊的封裝空間內提供了我們所需的切換性能與熱管理能力,使我們得以達成在尺寸與可靠性方面的設計目標。"
Jim Walter | Panasonic Automotive,先進工程執行總監
閱讀案例研究

台達運用 TI GaN 提供數據中心電力

"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。歸根結底,GaN 技術開啟了通往一個前所未有的新產品世界之大門。"
Kai Dong | 台達電子自訂設計業務部研發經理
閱讀案例研究

群光電能 (Chicony Power) 與 TI 聯手將 GaN 技術引進新一代節能筆記型電腦電源轉接器中

"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

TI 的 GaN 技術與即時 MCU 可為 LITEON 技術的全新伺服器電源供應設計提供電力

"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&解決方案研發資深總監
檢視新聞稿
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