预想高压氮化镓的未来

您可以想象一个这样的世界：人类不再需要建造这么多发电厂来满足不断蹿升的数字需求。在这个世界中，工业、企业计算、电信和可再生能源系统的运行速度大大加快，并且效率更高。

这样的世界也许很快就可以实现了。

TI最近推出的LMG3410用开创性的氮化镓 (GaN) 技术搭建的高压、具有集成驱动器的解决方案，相对于传统的、基于硅材料的技术，创新人员将能够创造出更加小巧、效率更高、性能更佳的应用。

“氮化镓就像一个超级增压引擎，”TI高压新技术开发组总监Steve Tom说，“它使得系统运行更快，效率更高，以及动力更加强劲。它周围的驱动器、封装和其它组件能够真正地提高任何系统的性能。”

GaN的强大功能可以造福我们每个人。每次您使用智能手机、网上下单、查看社交媒体，或者将照片上传至在线账户时，您连接的都是一个包含数千台服务器的巨大数据中心。

而服务器和数据中心的运转耗电量很大，随着我们的生活与网络互连的关系越来越紧密，以及对于高耗能数字器件的依赖程度越来越高，我们对于电力和发电厂的需求也增长越来越快。

“由于我们对电子元器件的期待越来越高，同时随着物联网不断发展，我们的设备都被连接在了一起，我们需要消耗更多的电能，”GaN开发团队的系统和应用工程师Eric Faraci说，“更多的能耗意味着需要建造更多的大型电厂。但是，如果使用诸如氮化镓的技术，我们可以将发电效率提高到一定的程度，这样的话，我们也许就不再需要提高发电能力了。”

所以，我们可以想象一个更加绿色环保的生活。

“我们需要减少能耗，”Steve说，“全世界范围内不断增长的用电需求不利于可持续发展。”

在TI，我们不仅憧憬着未来的美好生活，也一直致力于尽早实现这些未来技术。

散热降低

GaN是将镓元素和氮元素这两个元素组合在一起而创造出来的一款超快速的半导体材料。多年以来，硅材料一直是支撑电子元器件底部的基础构造块。相对于硅材料，这个组合使得电子元件能够更加自由地运动。

从手机到高端工业用工具和服务器，各种系统中的电路的工作方式都是不断接通和断开数百万个微型开关。开关每移动一次都会产生热量。

这样发热便限制了系统的性能。比如说，当您的笔记本电脑的电源变热，其原因就在于流经电路开关内的电子产生了热量，并且降低了笔记本电源的工作效率。

由于氮化镓是一款更好、效率更高的半导体材料，它的发热量更低，所以设计人员能够在更小的空间内配置更多的开关。

在隔离式高压工业、电信、企业计算机和可再生能源应用中，集成式驱动器的600V GaN功率级开关显得特别重要。LMG3410的优势包括：

• 将目前技术最先进的硅材料功率因数校正转换器的功率密度加倍。
• 相对于分立式GaN解决方案，其功率损耗、电压应力和电磁干扰更低。
• 启用全新拓扑结构。
  

“GaN是相较其他材料更好的工具，”Steve说，“如果您能极大地提升开关的密度，降低电阻率，并使它们移动的更快，您就将降低散热的需要，正因如此，您将获得相同尺寸，更佳的性能。它所实现的这些美妙功能突破了之前对于电子元器件处理能力的限制。”

完整的解决方案

GaN解决方案的推出将对高压应用产生一个近期的影响。但是，随着包含GaN的系统设计越来越普及，它的使用将扩展至高端音频放大器、无人机、电动汽车、照明、计算、太阳能板、针对车辆的成像技术等，并将最终扩展至所有由墙上插座供电的低压应用。

“不同类型的应用层出不穷，”Steve说，“我们以无人机为例。目前，无人机主要用于业余爱好，但是有了GaN后，我们也许能够将它们用于更加商业化和工业化的应用。”

Steve说，关键的事情是电池的使用寿命。目前，大多数无人机在再次充电、返航或电量耗尽前的飞行时间大约为20分钟。

“GaN众多之一的优势在于其切换迅速，并且驱动效率更高，因此您可以减小组件、磁性元件、电感器和电容器的体积以及重量，”他说，“这将直接增加无人机的飞行时间。”

由于我们已经将GaN开关与一个驱动器封装在一起，并且配置了一个能够帮助应用充分发挥其高性能优势的完整生态系统对其提供支持，此类应用将运行得更加高效。此外，此器件还包含了内置的保护设备能够抵抗温度、短路和不同电压条件等各种问题。

“我们从整个系统的角度来审视这个器件，”TI高级技术营销经理Masoud Beheshti说，“使客户能够更加轻松地把这款器件应用到他们设计的系统当中。我们充分了解如何使这款器件与我们产品库中的其它器件配合在一起，以提供一个完整的解决方案，这将帮助我们的用户加快其产品上市时间，以及更加快速且有效地解决他们的问题。”

减少阻碍

LMG3410是第一款包含TI GaN开关的集成电路。这些器件生产于制造硅材料兼容晶圆的工厂，拥有TI数十年工艺技术经验作为品质保证。

“经过三百万小时以上的可靠性测试，LMG3410使得电源设计人员有信心挖掘GaN的潜能，并且重新考虑那些之前不可行的电源架构和系统，”TI高压电源解决方案副总裁Steve Lamhousse说，“这项技术展示了TI强大的生产能力和在系统设计专业领域的影响力，这个全新的功率级是TI在GaN市场上迈出的重要一步。”

这就减少了某些阻碍，从而使设计人员能够将这款器件用于他们的应用，Steve Tom补充道。

“这也是我们希望控制生产制造的原因，”他说，“正因如此，我们在可靠性测试方面投入大量时间。基于这个原因，我们已经开发出了伴随电路，尽可能地提高这款器件的性能。”

“有了GaN如此强大的性能，我们将帮助设计人员将他们的应用提高到一个全新的水平。”