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 將顛覆電源管理的 3 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矽。
GaN 技術的優點
比離散 GaN FET 更快的切換速度
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。
更小的磁性元件，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，最多可讓磁性元件縮小 60%，提升性能並降低系統成本。
專為可靠性打造
運用專利矽基氮化鎵技術製程、超過 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。
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，在電池測試器系統中實現更高通道密度，並縮小 AC/DC 轉換器尺寸
以我們配備整合式閘極驅動器的 GaN FET，縮小 AC/DC 電源供應器尺寸。我們的 GaN 裝置可在比 MOSFET 與 SiC FET 更高的頻率進行切換，大幅提升測試設備的測試器通道密度，並可加快電源供應暫態響應時間。
優點
- 以 GaN 在圖騰柱免橋接 PFC 拓撲中實現 >99% 效率
- 在 DC/DC 級提供 >200-kHz 切換頻率，以在 1 ms 內即可完成快速充電到放電轉換
- 整合式驅動器可減少寄生損耗，實現更簡單的系統級設計
特色資源
- TIDM-02008 – 使用 C2000™ MCU 的雙向高密度 GaN CCM 圖騰柱 PFC
- PMP40690 – 使用 C2000 ™ MCU 和 GaN 的 4-kW 交錯 CCM 圖騰柱無橋接 PFC 參考設計
- 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
- LMG3410R070 – 具有整合式驅動器和防護的 600V 70mΩ GaN
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
運用我們的 GaN 裝置，在加熱、通風與空調 (HVAC) 和電器的 PFC 功率級中實現更高電源效率與更小體積
為了滿足 EN6055 等新能源標準，加熱、通風與空調 (HVAC) 系統必須具備功率因數校正 (PFC) 功率級。與絕緣柵雙極電晶體 (IGBT) 相比，GaN 功率級的效率更高，可減少磁性元件、縮減散熱器尺寸並降低整體系統成本。
優點
- 高達 60 kHz 的高切換頻率可縮小磁性元件尺寸
- 切換損耗降低可使功率級效率達 >99%
- 精巧體積和冷卻能力則可減少設計尺寸與成本
特色資源
- 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
- 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
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 為電源供應器設計帶來革命性的改變。其高頻率切換特性和低傳導阻抗，是提高電源產品效率和縮小電源產品尺寸的決定性因素，導致能耗和電源產品採用的材料顯著減少，併爲群光電能 (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 通過使用 TI 的 GaN 解決方案達成進階領導，並且符合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的研發事業資深總監
Delta
「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 | Delta Electronics 客製化設計業務單研發經理
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