這篇技術(shù)文章由德州儀器（TEXAS INSTRUMENTS）的 Srijan Ashok 撰寫，主要介紹了中電壓氮化鎵（GaN）在四種應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢和應(yīng)用情況，強(qiáng)調(diào)其對電子設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型的推動作用。
*附件：中電壓氮化鎵（GaN）在四種應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢.pdf

1. 背景 ：隨著技術(shù)發(fā)展，電力需求攀升，設(shè)計(jì)人員面臨提升設(shè)計(jì)效率、在相同體積下提供更多電力的挑戰(zhàn)。GaN 因具有增加功率密度和提升效率兩大優(yōu)勢，在高電壓電源設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，新的中電壓（80V - 200V）GaN 解決方案也逐漸受到歡迎。
   隨著技術(shù)的快速發(fā)展，這意味著對電力的需求也在不斷攀升。為了持續(xù)推動這種發(fā)展態(tài)勢，業(yè)界也越來越多地將太陽能等更多可再生能源接入電網(wǎng)。同樣，服務(wù)器的需求呈指數(shù)級增長，以實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)存儲和人工智能（AI）應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員為了順應(yīng)全球趨勢，正面臨一項(xiàng)艱巨任務(wù)：不斷提高設(shè)計(jì)效率，在保持設(shè)計(jì)效率提升的同時，以相同的體積提供更多電力。
   這樣的挑戰(zhàn)促使業(yè)界在高電壓電源設(shè)計(jì)中采用氮化鎵（GaN），原因在于GaN具有兩大優(yōu)勢：

• 提高功率密度。GaN具有更高的開關(guān)頻率，使設(shè)計(jì)人員能夠使用尺寸更小的電感、電容等被動元件，從而縮小電路板尺寸。
• 提升效率。與硅晶設(shè)計(jì)相比，GaN出色的開關(guān)和傳導(dǎo)損耗性能可降低超過50%的損耗。
  除了業(yè)界采用的高電壓GaN（額定電壓≥600V ）外，新的中電壓GaN解決方案（額定電壓80V - 200V）也越來越受歡迎，它能在電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高的功率密度和效率，而這是以往的高電壓GaN無法做到的。
  在本文中，我將介紹目前GaN正逐漸廣泛應(yīng)用的四個主要中電壓領(lǐng)域。

2. 中電壓 GaN 的應(yīng)用領(lǐng)域

• 太陽能 ：太陽能產(chǎn)能增長迅速，對系統(tǒng)效率和功率密度需求高。GaN 裝置（如 LMG2100R044 和 LMG3100R017）有助于縮減太陽能面板子系統(tǒng) 40% 以上的系統(tǒng)尺寸。太陽能主要通過升壓器、逆變器等子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，GaN 在其中發(fā)揮重要作用。
  
  
• 服務(wù)器 ：人工智能發(fā)展使服務(wù)器需求指數(shù)級增長，對效率要求高。在服務(wù)器電源應(yīng)用的三個主要系統(tǒng)中，100V 至 200V GaN 可發(fā)揮作用。例如，GaN 解決方案（如 LMG3100）可降低 PSU 中 LLC 階段次級同步整流器的損耗；LMG2100 和 LMG3100 等裝置可用于 IBC，減少 I2R 損失；電池備援單元使用 GaN 可避免 “直流 - 交流 - 直流” 轉(zhuǎn)換過程中的損失。
  
• 電信功率 ：電信無線電電源供應(yīng)器對效率要求高，且 5G、6G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要低損耗的高密度設(shè)計(jì)。LMG2100 可將此類設(shè)計(jì)的功率密度提升 > 40%。GaN 在電信功率應(yīng)用中，可將負(fù)電池電壓轉(zhuǎn)換為適合功率放大器或其他直流負(fù)載的電壓。
• 馬達(dá)驅(qū)動 ：GaN 可用于馬達(dá)驅(qū)動電路，其零反向復(fù)原特性可降低失效時間損失并提升效率，較高的切換頻率能縮減被動元件尺寸，產(chǎn)生更精細(xì)的馬達(dá)驅(qū)動設(shè)計(jì)。
  

3. 結(jié)論 ：GaN 有潛力取代傳統(tǒng)矽晶 FET，還適用于通用 DC/DC 轉(zhuǎn)換、D 類音頻放大器等領(lǐng)域。其較高的切換頻率和較低的功率損耗，通過整合式功率級可使功率設(shè)計(jì)更簡化。