GaN: 突破功率密度和效率界限

设计功耗更低、尺寸更小、更快更炫酷的系统

什么是氮化镓 (GaN)?

氮化镓 (GaN) 是一款宽带隙半导体,与传统的硅金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 和绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 相比,它可以实现更高的功率密度和效率。GaN 能够比纯硅解决方案更有效地进行电量处理,将功率转换器的功率损耗降低 80%,并更大限度地减少对添加冷却器件的需求。通过将更多的电量存储在更小的空间内,GaN 可以让您设计更小更轻的系统。

简化高压系统中的电源转换

在高压应用中实现高效的电源转换面临着很多挑战。了解最新的元件、拓扑和系统级创新如何显著提高电源系统的效率和密度,同时简化高压汽车和工业应用中的设计。

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GaN 带来电源管理变革的 3 大原因

氮化镓正取代硅,用于越来越多需要更大功率密度和更高能效的应用中。

 

我们 GaN 技术的优势

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开关速度比分立式 GaN FET 更快

我们具有集成驱动器的 GaN FET 可实现 150V/ns 的开关速度。这些开关速度与低电感封装相结合,可降低损耗、提供干净的开关功能并更大限度地减少振铃。

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磁性元件更小、功率密度更高

我们的 GaN 器件具有更快的开关速度,可帮助您实现超过 500kHz 的开关频率,从而将磁性元件尺寸缩减高达 60%、提升性能并降低系统成本。

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专为可靠性而构建

我们的 GaN 器件采用专有的硅基 GaN 工艺且已经过超过 4,000 万小时的可靠性测试,并结合了保护功能,旨在确保高电压系统的安全。

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专用设计工具和资源

借助我们的 GaN 设计资源缩短产品面市时间,这些资源包括功率损耗计算器、用于电路仿真的 PLECS 模型以及用于在更大系统中进行测试和运行的评估板。

电力电子产品的下一次革命已然来临

借助 TI GaN 革新您的高电压系统。观看视频,了解我们的 GaN 技术如何帮助工程师缩短高电压电源转换设计的面市时间,同时降低系统成本和减少环境影响。

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了解特色应用

电信和服务器电源
采用 TI GaN 技术可达到 80 Plus® 钛金标准,实现 96.5% 的总能效以及超过 100W/in^3 的功率密度
太阳能系统和储能系统
借助我们的 GaN 技术,可在双向交流/直流功率转换系统中实现超过 1.2kW/L 的功率密度
电池测试
采用 TI GaN 技术,可在电池测试仪系统中实现更高的通道密度和更小的交流/直流转换器尺寸
汽车 OBC 和直流/直流转换器
采用 TI GaN 技术在电动汽车中实现高功率密度
HVAC 和电器
借助我们的 GaN 器件,可在加热、通风和空调 (HVAC) 及电器的 PFC 功率级中实现更高的功效和更小的外形尺寸

采用 TI GaN 技术可达到 80 Plus® 钛金标准,实现 96.5% 的总能效以及超过 100W/in^3 的功率密度

使用我们的 GaN 器件设计支持存储、云应用、中央计算能力和更多功能的电信和服务器系统。我们的设计能够达到 80® Plus 钛金标准,并实现 99% 以上的功率因数校正 (PFC) 效率,可以帮助满足您对能效的设计要求。

优点

  • GaN 在图腾柱无桥 PFC 拓扑中可实现 >99% 的效率
  • 在隔离式直流/直流转换器中实现 >500kHz 的开关频率,从而缩小磁性元件尺寸
  • 集成的栅极驱动器可减少寄生损耗并使系统级设计更简单

特色资源

参考设计
  • PMP20873 – 效率高达 99% 且基于 GaN 的 1kW CCM 图腾柱功率因数校正 (PFC) 转换器参考设计
  • TIDA-010062 – 1-kW, 80+ titanium, GaN CCM totem pole bridgeless PFC and half-bridge LLC with LFU reference design
产品
  • LMG3422R030 – 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的 600V 30mΩ GaN FET
  • LMG3422R050 – 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的 600V 50mΩ GaN FET
  • LMG3411R150 – 具有集成驱动器和逐周期过流保护功能的 600V 150mΩ GaN

借助我们的 GaN 技术,可在双向交流/直流功率转换系统中实现超过 1.2kW/L 的功率密度

使用我们的 GaN 器件开发由太阳能和风能供电的系统,该器件能够帮助您设计更小、更高效的交流/直流逆变器和整流器以及直流/直流逆变器。借助支持 GaN 技术的双向直流/直流转换,将储能系统集成到光伏逆变器中来减少对电网能源的依赖。

优势

  • 比现有交流/直流和直流/直流转换器的功率密度高 3 倍 (>1.2kW/L) 且重量更轻。
  • 与 SiC FET 相比,GaN 的 140kHz 快速开关属性将功率密度提高了 20%
  • 由于采用较低成本的磁性元件,具有和 2 级 SiC 拓扑相同的系统成本

特色资源

参考设计
  • TIDA-010210 – 基于 GaN 的 11kW 双向三相 ANPC 参考设计
产品
  • LMG3422R030 – 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的 600V 30mΩ GaN FET
  • LMG3522R030-Q1 – 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的汽车类 650V 30mΩ GaN FET
  • LMG3422R050 – 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的 600V 50mΩ GaN FET

采用 TI GaN 技术,可在电池测试仪系统中实现更高的通道密度和更小的交流/直流转换器尺寸

借助我们具有集成栅极驱动器的 GaN FET 缩小交流/直流电源的尺寸。我们 GaN 器件的开关频率高于 MOSFET 和 SiC FET,大幅提高了测试设备的测试仪通道密度并缩短了电源瞬态响应时间。

优点

  • GaN 在图腾柱无桥 PFC 拓扑中可实现 >99% 的效率
  • 在直流/直流级中具有 >200kHz 的开关频率,可在 1ms 内实现更快的充电到放电转换
  • 集成的栅极驱动器可减少寄生损耗,使系统级设计更简单

特色资源

终端设备/子系统
参考设计
  • TIDM-02008 – 采用 C2000™ MCU 的双向高密度 GaN CCM 图腾柱 PFC
  • PMP40690 – 采用 C2000™ MCU 和 GaN 的 4kW 交错式 CCM 图腾柱无桥 PFC 参考设计
产品
  • LMG3422R050 – 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的 600V 50mΩ GaN FET
  • LMG3410R070 – 具有集成驱动器和保护功能的 600V 70mΩ GaN

采用 TI GaN 技术在电动汽车中实现高功率密度

混合动力汽车和电动汽车的新一代车载充电器 (OBC) 及直流/直流降压转换器将使用 GaN 功率器件,用于提高开关频率并缩小磁性元件尺寸。与基于硅和 SiC 的 OBC 相比,这种更高的开关频率和更小的尺寸可提高功率密度。

优点

  • 3.8kW/L 的功率密度表示在同一容量下的功率比 SiC 大
  • >500kHz 的 CLLLC 开关频率和 120kHz 的 PFC 开关频率
  • 96.5% 的组合系统级效率
  • 集成栅极驱动器简化了系统级设计

特色资源

产品
  • LMG3522R030-Q1 – 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的汽车类 650V 30mΩ GaN FET
设计工具和仿真
  • POWERSTAGE-DESIGNER – 适用于常用开关模式电源的 Power Stage Designer™ 软件工具

借助我们的 GaN 器件,可在加热、通风和空调 (HVAC) 及电器的 PFC 功率级中实现更高的功效和更小的外形尺寸

加热、通风和空调 (HVAC) 系统需要功率因数校正 (PFC) 功率级来符合 EN6055 等新能源标准要求。与绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 相比,GaN 功率级具有更高的效率,从而缩小磁性元件和散热器尺寸并降低总系统成本。

优点

  • 高达 60kHz 的高开关频率可减小磁性元件的尺寸
  • 开关损耗降低,可使功率级实现 >99% 的效率
  • 小尺寸和自然冷却能力可以缩小设计尺寸并降低成本

特色资源

参考设计
  • TIDA-010203 – 采用 C2000 和 GaN 的 4kW 单相图腾柱 PFC 参考设计
  • TIDA-010236 – 适用于电器的 4kW GaN 图腾柱 PFC 参考设计
产品
  • LMG3422R030 – 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的 600V 30mΩ GaN FET
  • LMG3422R050 – 具有集成驱动器、保护和温度报告功能的 600V 50mΩ GaN FET
GaN 的应用融合了 Delta Electronics 在高效电力电子装置领域的核心专业知识,用于更大限度地提高功率密度,同时不会降低效率性能。归根结底,GaN 技术打开了通往新产品世界的大门,而这在此之前是不可能的。
– Kai Dong | Delta Electronics, 定制设计业务部研发经理

客户成功案例

了解我们的客户对 TI GaN 技术的看法,以及该技术如何帮助客户实现更小型、更可靠、更高效的高电压设计。

Chicony Power

“GaN 使电源设计发生了革命性的变化。它的高频开关特性和较低的导通阻抗是提升电源产品效率和减小其尺寸的决定性因素,可显著减少电源产品使用的能耗和物料,并为 Chicony Power 的绿色设计理念带来新的机遇。”

- Yang Wang | Chicony Power,研发副总裁

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LITEON

“在开发新一代高端服务器电源的过程中,LITEON 借助出色的研发团队和先进的材料技术来应对这一挑战。LITEON 通过利用 TI 的 GaN 解决方案,在业内率先满足了数据中心的节能要求。”

- Todd Lee | LITEON Technology,云基础设施平台和解决方案部研发高级总监

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Delta

“GaN 的应用融合了 Delta Electronics 在高效电力电子装置领域的核心专业知识,用于更大限度地提高功率密度,同时不会降低效率性能。归根结底,GaN 技术打开了通往新产品世界的大门,而这在此之前是不可能的。”

- Kai Dong | Delta Electronics,定制设计业务部研发经理

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探索特色产品

氮化镓 (GaN) 功率级 LMG2610 正在供货 具有集成驱动器、保护和电流检测功能且适用于 ACF 的 650V 170/248mΩ GaN 半桥
新产品 氮化镓 (GaN) 功率级 LMG3624 预发布 具有集成驱动器、保护和电流检测功能的 650V 170mΩ GaN FET

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使用 GaN 器件进行设计

我们具有集成驱动器和保护功能的 GaN FET 产品系列可帮助您实现高功率密度和整个生命周期内的可靠性,以及比同类竞争解决方案更低的系统成本。

完成您的 GaN 设计

无论您是要提高效率、可靠性还是降低电磁干扰,我们的配套器件产品系列都能更大限度地提高 GaN 系统的性能。

继续您的高电压设计

设计高效的高电压电源转换系统只是在高电压应用设计中面临的众多挑战之一。请访问我们的高电压技术页面,详细了解我们的电源转换、电流和电压检测、隔离和实时控制技术,并了解在您的下一个高电压设计中选择 TI 的好处。

技术资源

博客
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利用 GaN 推动电动汽车的发展
了解为何 GaN 在推动电动汽车革命方面是划时代意义的产品。
白皮书
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用集成驱动器优化 GaN 性能
详细了解如何使用集成栅极驱动器优化 GaN 性能并更大限度降低寄生电感。
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资源
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GaN 相关参考设计
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