未来已来,氮化镓的社会经济价值加速到来。
本文介绍了镓未来和纳芯微在氮化镓方面的技术合作方案。 镓未来提供的紧凑级联型氮化镓器件与纳芯微隔离驱动器配合,隔离驱动器保证了异常工作情况下对氮化镓器件的有效保护,完美展现了氮化镓在先进应用中高效率低损耗的核心价值,让工程师放心无忧采用氮化镓。
普通消费者了解并接受氮化镓,是从2018年氮化镓PD快充开始的。凭借氮化镓卓越的开关特性,可以高频工作,实现高转换效率,氮化镓PD快充成功实现了小型化和轻量化,消费者易于携带,用户体验大幅度提升。在过去几年内,氮化镓在PD快充中的渗透率逐步提升,消费者对氮化镓的认知是“氮化镓=黑科技”,采用氮化镓的PD快充可以卖到小几百元,普通的采用硅器件的PD快充售价往往在一百元以内。氮化镓的应用,很快从PD快充拓展到其它消费类产品中,输出功率从30W、65W逐步提升到120W甚至更大功率。
普通消费者,甚至对氮化镓了解不多的工程师,普遍认为氮化镓只能实现几十瓦到一百多瓦的输出功率。这种情况基本属实,因为增强型氮化镓目前只有QFN/DFN和TOLL等贴片封装形式,在中大功率应用场景的散热问题难以解决。但是,镓未来氮化镓采用独特的紧凑级联型技术,封装形式涵盖QFN/DFN、TOLL、TO-220和TO-247等多种形式,满足小功率(30W~300W)、中功率(300W~1kW)和大功率(1kW~6kW)等各种丰富的应用场景。
镓未来在成立之初,聚焦中小功率的应用和市场拓展,但是从2022年开始,公司发力中大功率的应用市场,在便携式储能双向逆变器、服务器电源、算力电源和植物照明电源等应用领域取得不少突破。市场对氮化镓接受程度的稳步提升,主要得益于社会对节能减排和高效率电能转换的普遍共识。
80+能效标准
嵌入式电源能效分级认证技术规范
EU lot9存储电源效率要求
实现80+ 96%钛金效率,或者CQC嵌入式电源输出40V以内能效VI级96%峰值效率和VII级97%峰值效率,最具性价比的解决方案是氮化镓图腾柱无桥PFC拓扑加谐振软开关LLC拓扑的方案。
第一部分:氮化镓实现高转换效率,赋能节能减排
氮化镓凭借卓越的开关特性,具有“零”反向恢复电荷Qrr,特别适用于CCM BTP PFC (Continuous Current Mode Bridgeless Totem-Pole Power Factor Correction) 拓扑结构,相较于其它普遍采用的传统拓扑结构,其主要优点包括:
l 元器件最少,成本最低,性价比最高
l 效率最高,损耗大幅度下降,热管理简单,可以实现自然散热
l 单机功率大,功率密度高,重量轻
l 控制简单,能量可双向流动,整流和逆变一机两用
基于GaN的CCM BTP PFC拓扑
第二部分:氮化镓在中大功率应用中的挑战及应对措施
镓未来作为紧凑级联型氮化镓器件国内领先的供应商,其氮化镓晶圆良率超过95%,结合本地化供应链和资源整合优势,性价比突出。相对于增强型氮化镓来说,镓未来紧凑级联型氮化镓的主要优势包括:
l Vgs阈值电压下限高达3.5V,抗干扰性能强,特别适用于高频、硬开关和大功率应用
l Vgs阈值电压上限高达20V(静态),30V(动态),驱动兼容Si MOSFET驱动器
l 不需要负压关断,外围电路简单