而這種能源使用情況僅代表數(shù)據(jù)中心。其實，電信、工業(yè)自動化、汽車和許多其他系統(tǒng)也同樣需要提供高密度的電源系統(tǒng)。

 

提高電力傳輸效率的一種方法是利用包括氮化鎵（GaN）在內(nèi)的新的能源半導(dǎo)體技術(shù)。與傳統(tǒng)的硅解決方案相比，GaN在開關(guān)性能方面具有本質(zhì)上優(yōu)越的器件屬性，當(dāng)它部署在開關(guān)電源中時，可高效供電，將效率提高到前所未有的高度。進而幫助最終用戶從根本上節(jié)約能源、降低操作成本并減少排放到大氣中的碳排放量。 

 

GaN也面臨著挑戰(zhàn)。過去，這些挑戰(zhàn)與制造和提供高質(zhì)量、可靠GaN的能力相關(guān)。然而，隨著整個行業(yè)制造工藝的改進和采用率的增加，挑戰(zhàn)逐漸集中到實施和系統(tǒng)設(shè)計上。要實現(xiàn)更高的效率，不僅需要用GaN替換硅，因為目前的技術(shù)已經(jīng)能夠支持系統(tǒng)級別的改變，此舉大大提升了效率。技術(shù)賦予設(shè)計工程師提高壓擺率、開關(guān)頻率并把功耗降至更低的能力。

 

這些新的設(shè)計挑戰(zhàn)為最終產(chǎn)品的創(chuàng)新及形成別具一格的特色提供了具有重要意義的機會。

 

德州儀器(TI)是推動GaN開發(fā)和支持系統(tǒng)設(shè)計師采用這項新技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)。TI基于GaN的電源解決方案和參考設(shè)計，致力于幫助系統(tǒng)設(shè)計師節(jié)省空間、取得更高電源效率及簡化設(shè)計流程。TI新穎的解決方案不僅可以優(yōu)化性能，而且攻克了具有挑戰(zhàn)性的實施問題，使客戶得以設(shè)計高能效系統(tǒng)，建設(shè)更綠色環(huán)保的世界。

 

GaN技術(shù)和解決方案的電源優(yōu)勢

 

GaN提供更高效和性能卓越的電源，其中的原因是多方面的?？焖倥郎龝r間、低導(dǎo)通電阻、低柵電容和輸出電容，無不降低了開關(guān)損耗，并支持以多種頻率工作，速度通常比當(dāng)今硅基解決方案快一個數(shù)量級。如圖1所示。更低的損耗等同于更高效的電源分布，這減少了發(fā)熱并精簡了實用冷卻方案。

 

圖1.比較GaN vs. Si的設(shè)備損耗

 

另外，高頻工作對解決方案成本有積極影響，這是因為變壓器和電感器等必要磁元件的體積、重量和所需材料都有所減少。

 

從GaN內(nèi)在優(yōu)勢獲益較多的應(yīng)用是開關(guān)模式電源。

 

AC/DC電源的目標(biāo)是要把AC線路電源轉(zhuǎn)化為較低電壓，為手機或個人計算機等低壓電氣設(shè)備供電或充電，而這通常通過幾個功率級實現(xiàn)。第一級是普通電源，包括供電AC線路電源，它通過功率因數(shù)校正(PFC)級產(chǎn)生DC總線高壓，通常為380 V。在第二級，該電壓經(jīng)由高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換為低壓（一般是48 V 或12 V）。這兩級被稱為交直流轉(zhuǎn)換級。它們一般被部署在一起并提供保護設(shè)備和人員的隔離措施。第二級轉(zhuǎn)換器輸出的12 V或48 V電壓，被分配給位于不同負(fù)載點(POL)的最終使用電路，例如設(shè)備柜內(nèi)的不同電路板。第三級轉(zhuǎn)換器存在一或多個直流轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生電子組件所需的低壓。

 

圖2中的示例顯示了1kW基于GaN的AC/DC，及GaN如何改進了PFC級、高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器和POL級的功率密度。本示例最重要的一點不僅僅是使用了GaN，更重要的是它是如何使用的。目前我們?nèi)匀皇褂肞FC、DC/DC和POL，但是它們的實施或使用的電源拓?fù)溆兴煌?，?jīng)過優(yōu)化的電源拓?fù)淇筛蟪潭劝l(fā)揮GaN的性能。

 

圖2.在電源的所有級中，GaN解決方案能縮小規(guī)模，提高效率

 

PFC級（圖3）使用高效率圖騰柱拓?fù)?，從而實現(xiàn)獨一無二的高功率密度、高效率和低功耗組合，而類似的基于硅的設(shè)計卻無法做到這一點。與使用硅的傳統(tǒng)二極管橋式升壓PFC相比，此級的效率超過99％，功耗降低10W以上。

 

圖3.GaN PFC拓?fù)?/div>