GaN: 突破功率密度和效率界限
設計功耗更低、尺寸更小、更快更炫酷的系統
什么是氮化鎵 (GaN)？
氮化鎵 (GaN) 是一款寬帶隙半導體，與傳統的硅金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 和絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 相比，它可以實現更高的功率密度和效率。GaN 能夠比純硅解決方案更有效地進行電量處理，將功率轉換器的功率損耗降低 80%，并更大限度地減少對添加冷卻器件的需求。通過將更多的電量存儲在更小的空間內，GaN 可以讓您設計更小更輕的系統。
GaN 與 SiC
盡管 GaN 和碳化硅 (SiC) 的功率水平有相似之處，但 GaN 的基本特性使其更適合高功率密度至關重要的應用，例如服務器和電信電源、電動汽車 <22kW 的車載充電器 (OBC) 以及 <100W 的消費類電源適配器。
在這些應用中，GaN 器件可在功率因數校正 (PFC) 拓撲中實現 >150kHz 的開關頻率，在直流/直流電源轉換器中實現 >1MHz 的開關頻率，從而顯著縮小系統中磁性器件的尺寸。通過實現比 SiC 更高的開關速度，GaN 技術可幫助您以更低的成本實現更高的功率密度。
TI GaN 技術優勢
開關速度比分立式 GaN FET 更快
我們具有集成驅動器的 GaN FET 可實現 150V/ns 的開關速度。這些開關速度與低電感封裝相結合，可降低損耗、提供干凈的開關功能并更大限度地減少振鈴。
磁性元件更小、功率密度更高
我們的 GaN 器件具有更快的開關速度，可幫助您實現超過 500kHz 的開關頻率，從而將磁性元件尺寸縮減高達 60%、提升性能并降低系統成本。
專為可靠性而構建
我們的 GaN 器件采用專有的硅基 GaN 工藝且已經過超過 4,000 萬小時的可靠性測試，并結合了保護功能，旨在確保高壓系統的安全。
了解特色應用
采用 TI GaN 技術可達到 80 Plus? 鈦金標準，實現 96.5% 的總能效以及超過 100W/in^3 的功率密度
使用我們的 GaN 器件設計支持存儲、云應用、中央計算能力和更多功能的電信和服務器系統。我們的設計能夠達到 80? Plus 鈦金標準，并實現 99% 以上的功率因數校正 (PFC) 效率，可以幫助滿足您對能效的設計要求。
優點
- GaN 在圖騰柱無橋 PFC 拓撲中可實現 >99% 的效率
- 在隔離式直流/直流轉換器中實現 >500kHz 的開關頻率，從而縮小磁性元件尺寸
- 集成的柵極驅動器可減少寄生損耗并使系統級設計更簡單
特色資源
- LMG3422R030 – 具有集成驅動器、保護和溫度報告功能的 600V 30m? GaN FET
- LMG3422R050 – 具有集成驅動器、保護和溫度報告功能的 600V 50m? GaN FET
- LMG3411R150 – 具有集成驅動器和逐周期過流保護功能的 600V 150mΩ GaN
- 提高 GaN 器件功率轉換效率的設計注意事項 – 白皮書
- 使用 GaN 設計效率高達 99% 的圖騰柱 PFC – 視頻系列
借助 TI GaN 技術，可在雙向交流/直流功率轉換系統中實現超過 1.2kW/L 的功率密度
使用我們的 GaN 器件開發由太陽能和風能供電的系統，該器件能夠幫助您設計更小、更高效的交流/直流逆變器和整流器以及直流/直流逆變器。借助支持 GaN 技術的雙向直流/直流轉換，將儲能系統集成到光伏逆變器中來減少對電網能源的依賴。
優勢
- 比現有交流/直流和直流/直流轉換器的功率密度高 3 倍 (>1.2kW/L) 且重量更輕。
- 與 SiC FET 相比，GaN 的 140kHz 快速開關屬性將功率密度提高了 20%
- 由于采用較低成本的磁性元件，具有和 2 級 SiC 拓撲相同的系統成本
特色資源
- LMG3422R030 – 具有集成驅動器、保護和溫度報告功能的 600V 30m? GaN FET
- LMG3522R030-Q1 – 具有集成驅動器、保護和溫度報告功能的汽車類 650V 30m? GaN FET
- LMG3422R050 – 具有集成驅動器、保護和溫度報告功能的 600V 50m? GaN FET
采用 TI GaN 技術，可在電池測試儀系統中實現更高的通道密度和更小的交流/直流轉換器尺寸
借助我們具有集成柵極驅動器的 GaN FET 縮小交流/直流電源的尺寸。我們 GaN 器件的開關頻率高于 MOSFET 和 SiC FET，大幅提高了測試設備的測試儀通道密度并縮短了電源瞬態響應時間。
優點
- GaN 在圖騰柱無橋 PFC 拓撲中可實現 >99% 的效率
- 在直流/直流級中具有 >200kHz 的開關頻率，可在 1ms 內實現更快的充電到放電轉換
- 集成的柵極驅動器可減少寄生損耗，使系統級設計更簡單
特色資源
- LMG3422R050 – 具有集成驅動器、保護和溫度報告功能的 600V 50m? GaN FET
- LMG3410R070 – 具有集成驅動器和保護功能的 600V 70m? GaN
采用 TI GaN 技術在電動汽車中實現高功率密度
混合動力汽車和電動汽車的新一代車載充電器 (OBC) 及直流/直流降壓轉換器將使用 GaN 功率器件，用于提高開關頻率并縮小磁性元件尺寸。與基于硅和 SiC 的 OBC 相比，這種更高的開關頻率和更小的尺寸可提高功率密度。
優點
- 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 開關頻率和 120kHz 的 PFC 開關頻率
- 96.5% 的組合系統級效率
- 集成柵極驅動器簡化了系統級設計
特色資源
- LMG3522R030-Q1 – 具有集成驅動器、保護和溫度報告功能的汽車類 650V 30m? GaN FET
- PMP22650 Test Report – 測試報告
- 汽車 650V GaN 功率級頂部冷卻 QFN 12x12 封裝的熱設計和性能 – 應用手冊
借助 TI GaN 器件，在加熱、通風和空調 (HVAC) 及電器的 PFC 功率級中實現更高的功效和更小的外形尺寸
加熱、通風和空調 (HVAC) 系統需要功率因數校正 (PFC) 功率級來符合 EN6055 等新能源標準要求。與絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 相比，GaN 功率級具有更高的效率，從而縮小磁性元件和散熱器尺寸并降低總系統成本。
優點
- 高達 60kHz 的高開關頻率可減小磁性元件的尺寸
- 開關損耗降低，可使功率級實現 >99% 的效率
- 小尺寸和自然冷卻能力可以縮小設計尺寸并降低成本
特色資源
- LMG3422R030 – 具有集成驅動器、保護和溫度報告功能的 600V 30m? GaN FET
- LMG3422R050 – 具有集成驅動器、保護和溫度報告功能的 600V 50m? GaN FET
出色的 GaN 可靠性
在 TI，我們的目標是幫助世界各地的工程師驗證其 GaN 器件的可靠性。因此，我們與電子器件工程聯合委員會的主委員會 JC-70 寬帶隙電力電子轉換半導體委員會開展了合作，幫助制定可靠性和資格認證、數據表參數以及測試方法的行業標準，從而進一步推動 GaN 技術的采用。
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無論您是要提高效率、可靠性還是降低電磁干擾，我們的配套器件產品系列都能更大限度地提高 GaN 系統的性能。