敢想敢做，PI推出業(yè)界首款1700V氮化鎵開(kāi)關(guān)IC

1932年，研究人員在George Herbert Jones實(shí)驗室，將金屬鎵和氨在900℃至1000℃的高溫下進(jìn)行反應，成功合成了GaN材料。近一個(gè)世紀的時(shí)間里，氮化鎵逐漸引領(lǐng)著(zhù)功率變換領(lǐng)域的新一輪變革。

特別是Power Integrations公司近日推出的業(yè)界首款1700V氮化鎵開(kāi)關(guān)IC——InnoMux?-2系列產(chǎn)品，不僅刷新了氮化鎵技術(shù)的耐壓紀錄，更是以其卓越的性能和廣泛的應用前景，成為了電源管理領(lǐng)域的遙遙領(lǐng)先者。

氮化鎵逐漸成為王者

最佳開(kāi)關(guān)電源技術(shù)覆蓋從十瓦至一兆瓦的廣泛功率范圍，不同技術(shù)對應著(zhù)不同的典型應用場(chǎng)景，如手機、平板電腦、冰箱、壓縮機、車(chē)載充電機以及風(fēng)電和高壓直流輸電（HVDC）系統等。在生產(chǎn)生活中我們能夠感受到，在100瓦級應用領(lǐng)域，氮化鎵技術(shù)已占據主導地位，特別是在多功能適配器市場(chǎng)中，氮化鎵適配器能夠同時(shí)為筆記本電腦和其他移動(dòng)設備充電，已廣泛替代傳統硅技術(shù)產(chǎn)品。展望10千瓦級應用，氮化鎵技術(shù)正逐步取得優(yōu)勢，其目標市場(chǎng)不僅限于傳統硅技術(shù)，還包括碳化硅技術(shù)。這一趨勢正在持續擴展，氮化鎵的應用范圍不斷拓寬。

在10千瓦級超高電壓的應用中，PI公司的新設計已開(kāi)始采用氮化鎵技術(shù)，而傳統市場(chǎng)則主要依賴(lài)MOS管、硅基或碳化硅技術(shù)。隨著(zhù)氮化鎵技術(shù)的滲透，這些舊有方案正面臨挑戰。據介紹，當功率達到100千瓦時(shí)，氮化鎵將主要替代IGBT或碳化硅技術(shù)，現有市場(chǎng)格局正遭受其侵蝕。而在低于十瓦的應用中，氮化鎵雖未全面獲勝，但已局部取得優(yōu)勢。這主要是因為氮化鎵器件的生產(chǎn)良率在極小尺寸下難以控制，導致成本上升。然而，氮化鎵器件在高壓應用中表現出色，特別是在反激電源中，其能耐受高達1700V的電壓，這在汽車(chē)充電和工業(yè)應用中的雷電沖擊等動(dòng)態(tài)高壓場(chǎng)景下尤為重要。氮化鎵的這一優(yōu)勢使其在這些應用中相比傳統硅器件具有更高的可靠性。

揭開(kāi)InnoMux?-2的技術(shù)面紗

PI從2022年推出了900V PowiGaN產(chǎn)品到如今推出1700V的PowiGaN產(chǎn)品，短短2年時(shí)間里PI不斷突破氮化鎵產(chǎn)品的耐壓能力，致力于幫助客戶(hù)用氮化鎵開(kāi)關(guān)來(lái)替代高能耗的傳統硅器件以及昂貴的碳化硅產(chǎn)品。InnoMux?-2以其前所未有的耐壓能力，為功率變換領(lǐng)域樹(shù)立了新的標桿。

高效能與低功耗

在追求高效與節能的當下，InnoMux?-2在1000VDC母線(xiàn)電壓下，能夠實(shí)現高于90%的效率，并通過(guò)三路精確調整的輸出提供高達70W的功率。相比傳統硅器件，它不僅可以顯著(zhù)降低開(kāi)關(guān)損耗，還能減少系統元件數量，簡(jiǎn)化電路結構，從而進(jìn)一步提升整體效率。據PI技術(shù)培訓經(jīng)理JasonYan介紹，這一性能的提升，得益于氮化鎵材料本身的低損耗特性和采用PI獨特的單個(gè)初級開(kāi)關(guān)控制架構。

高精度的多路輸出

對于多路輸出電源而言，輸出電壓的穩定性和精度至關(guān)重要。InnoMux?-2采用了單級架構，無(wú)需后級穩壓器，即可實(shí)現每路輸出調整精度控制在1%以?xún)鹊淖吭叫阅?。這一特點(diǎn)使得它在汽車(chē)充電器、太陽(yáng)能逆變器、三相電表和各種工業(yè)電源系統等應用中，能夠更準確地滿(mǎn)足各類(lèi)負載的需求，提高系統的穩定性和可靠性。

獨特的ZVS技術(shù)

此外，開(kāi)關(guān)損耗是電路設計中難以避免的情況，因此InnoMux?-2集成了零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）技術(shù)。據介紹，零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)，是指在開(kāi)關(guān)動(dòng)作之前，先通過(guò)特定電路使電路兩端的電壓降至零。一旦檢測到電壓已降為零，隨即發(fā)出指令，促使開(kāi)關(guān)進(jìn)行閉合操作。這一創(chuàng )新技術(shù)可以顯著(zhù)降低開(kāi)關(guān)過(guò)程中的開(kāi)通損耗，進(jìn)一步提高系統效率。同時(shí)，InnoMux-2使用的次級側實(shí)現的ZVS技術(shù)還使得電路更加簡(jiǎn)化，降低了元件數量和成本，提升了系統的整體性能。

靈活的封裝模式

InnoMux?-2系列產(chǎn)品有兩種封裝模式——C封裝和F封裝，兩種封裝的選擇取決于應用電壓輸入范圍。從外觀(guān)上可以看出最大區別是爬電距離的寬窄，C封裝更適用于375V母線(xiàn)電壓輸入范圍的場(chǎng)景，F封裝應對更高的母線(xiàn)電壓的使用需求。據介紹，目前面對所有的消費類(lèi)的電子都是這種C封裝足夠使用。但如果面對類(lèi)似于家電這種使用環(huán)境，內部可能會(huì )有濕氣潮氣以及灰塵進(jìn)入的情況，再加上更高的母線(xiàn)電壓，F封裝可以避免臟污環(huán)境導致的高壓與低壓引腳之間出現的拉弧放電現象，從而增強電源的可靠性。

技術(shù)背后的創(chuàng )新與突破

InnoMux?-2的成功推出，背后凝聚著(zhù)PI公司多年來(lái)的技術(shù)積累和不斷創(chuàng )新的精神。從2018年開(kāi)始，PI公司便開(kāi)始在氮化鎵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，并相繼推出了900V、1250V等系列產(chǎn)品。每一次產(chǎn)品的推出，都是對技術(shù)的一次突破和升級。而1700V氮化鎵開(kāi)關(guān)IC的推出，更是將氮化鎵技術(shù)的應用推向了一個(gè)新的高度。

在技術(shù)創(chuàng )新方面，PI公司不僅注重材料的選擇和制造工藝的優(yōu)化，還致力于控制技術(shù)的創(chuàng )新和升級。通過(guò)引入FluxLink?次級側控制（SSR）數字隔離通信技術(shù)、零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）技術(shù)等創(chuàng )新技術(shù)，InnoMux?-2在提高效率、降低成本、增強穩定性、可靠性等方面取得了顯著(zhù)成效。

1700V氮化鎵電源開(kāi)關(guān)IC的面世，不僅標志著(zhù)氮化鎵技術(shù)在功率變換領(lǐng)域取得了新的突破和成就，也為我們開(kāi)啟了一個(gè)高效、節能、環(huán)保的電源管理新時(shí)代。