PI推出高压利器：900V氮化镓反激式开关IC助力节能新时代
随着氮化镓半导体器件技术的不断进步，氮化镓反激式开关IC在未来几年中市场需求将会持续增长。这主要得益于其具有更高的功率密度、更高的效率和更小的体积优势。而在汽车和工业领域，对氮化镓产品的认同度也在不断增加。同时，随着制造技术的进一步成熟，在成本和可靠性上也得到了大大改善，得到了越来越多设计工程师的青睐。日前，深耕于高压集成电路高能效功率变换领域的知名公司Power Integrations 推出900V氮化镓反激式开关IC，新款PowiGaN InnoSwitch IC面向工业应用和400V系统汽车电源，输出功率可高达100W，效率超过93%，相比上一代750V氮化镓产品增加了更多的安全裕量以及耐用性。对此PI资深技术培训经理阎金光做了详细的解读。
需求增长来源于市场的驱动力
日益增加的功率需求
从汽车的发展趋势来看，汽车的高度智能化和电动化的发展，车载电子系统的处理能力需求和功耗也在不断增加。例如，车联网、自动驾驶、车内娱乐系统等都需要高性能的微处理器和大容量的电池来支持。值得一提的是在EV电动汽车的设计趋势中，为了减轻车重、提高电池寿命和节省成本，越来越多的车型采用高压动力母线电池给内部设备供电，其目的是减小甚至取消12V铅酸电池组。这种功率架构的改变，增加了对车内辅助供电单元（APU）的使用需求。即需要更多的电源能够从高压动力电池变换至低压输出，给车内的低压负载供电。
从工业发展趋势来看：智能制造、物联网等工业设备对于处理能力和通讯能力的要求也在不断提高，这些都需要更高功率的电子系统支持。
从IoT发展趋势来看：越来越多的设备需要进行联网通信，这些无线通信模块的加入使得功率管理变得更加复杂，同时也需要更高功率的处理能力来支持设备之间的通讯。
负载范围内更高的效率
从负载效率上看，要求整个负载范围内，能够具备极高的效率，例如在家电应用中，待机输出功率是一个重要的指标。PI有其独特的封装，可简化散热无需散热片，所带来的好处是减轻重量，缩小电源的体积，同时提高系统可靠性，从而实现小尺寸电源设计。
供电电压的不断提升
随着电动汽车的普及，功率架构也在适应市场需求的变化，这就需要不断提升供电电压水平。PI此次推出了900V氮化镓产品，可轻松应对电动汽车功率架构变化所带来的挑战。即使面对目前主流的400V动力母线车型，也可以大幅度地增加电源中功率开关的电压裕量。此外，在室外照明方面，有些地方采用工业或三相电来供电路灯照明。再者，世界上还有一些国家或地区的供电电压并不稳定，因此更高耐压功率开关产品也便于适应这类更高的输入电压范围的使用需求。
900V InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-AQ优势
以上三大趋势的驱动为900V氮化镓反激式开关IC带来极大的发展空间，而PI 拥有高度集成的反激方案，通过功率器件及其他与数字控制电路相结合，为该公司产品带来差异化的竞争优势。此次发布的900V氮化镓器件为InnoSwitch3™系列反激式开关IC。在单一封装当中包含初级及次级电路，以及快速的数字隔离方式–FluxLink™，可使IC封装位于安规隔离带上，从而提高效率并省去光耦器。最终实现输出电压及电流的稳定性。新款900V InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-AQ恒压/恒流离线反激式开关IC采用同步整流、波谷开通的非连续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)的反激式控制器。InnoSwitch3-EP IC能够在没有散热片的情况下提供高达100W的输出功率。InnoSwitch3-EP器件集成了多项保护特性，包括输入过压及欠压保护、输出过压及过流限制以及过温关断。该系列器件提供标准输出功率和峰值输出功率选项。汽车级InnoSwitch3-AQ器件可以从400V母线提供100W的输出功率，并且具备与800V电动汽车系统所用的广受欢迎的1700V碳化硅InnoSwitch3-AQ IC类似的性能和保护功能。
900V 氮化镓器件扩展电压范围并将效率提升1.5%
PI在初级功率开关的选取上，基于性能和成本的考量，根据不同的输入电压，来选择不同的材料，包括硅、碳化硅以及氮化镓。对于低功率、低频率应用，硅器件仍然是较好的选择；对于高功率、高频率、高压应用，碳化硅以及氮化镓更为合适。PI的所有系列产品当中，硅器件主要有650V，725V，900V。在售的氮化镓器件有之前发布的750V，耐压更高些的器件包括1700V的碳化硅开关。此次发布的900V氮化镓产品与同电压的硅器件相比，效率更高，功率也更大。与750V氮化镓产品相比则增加了电压裕量及耐用性。900V PowiGaN扩展了电压范围且将效率提升了1.5%，这相当于热损耗量减少20%。对于缩小电源体积减小PCB的占板空间均有很大的帮助。PI以60w的电源为例做了一个温升的测试，在400V母线电压情况下，宽禁带器件大大降低了器件温升。数据显示，725V硅开关IC的温度最高达100度，1700V碳化硅开关的IC温度会降到89度，而900V PowiGaN开关IC的温度可降至78度。而器件本身的温升，会决定该器件是否能在恶劣条件下进行正常工作。
InnoSwitch3-AQ器件简化了EV的功率架构
InnoSwitch3-AQ 是经过汽车认证的产品。该系列支持所有EV系统电压并提供高达100W的供电解决方案。在电动汽车应用上，铅酸电池被广泛使用，但它们的能量密度和功率密度较低，并且需要更频繁地进行维护和更换。目前我们看到了一个趋势，即把12V铅酸电池去掉，或者将12V电池的体积缩小，有利于减少整车的重量，节省空间同时降低成本。而这些都需要使用更多将高压转换至低压的辅助供电单元，来支持原来12V电池供电的低压负载。
对于这类辅助供电单元的应用，相较于传统的初级稳压方案，InnoSwitch3-AQ可以提供更高的功率密度和效率，从而延长电动汽车的续航里程并降低充电时间。使用900V PowiGaN技术的电动汽车，由于其重量的减轻，意味着可以更快地加速和爬坡。同时，该技术也可以提供更高的可靠性和稳定性，从而降低电动汽车的维护成本和风险。
InnoSwitch3-AQ系列产品
PI还展示了一款高效的GaN 100W汽车用EPS电源，所有器件均采用车规器件，可实现超薄尺寸，元器件数量约80个左右。30到500V DC输入。在50%以上负载时提供高达93%的效率，在10%负载时效率大于85%，而一般的PSR（初级稳压）方案，效率仅有70%左右。PI次级反馈的隔离电源方案采用FluxLink的方式，能够满足加强绝缘的要求。
InnoSwitch3-EP系列产品支持全球范围的工业及消费类应用
随着节能环保理念的普及和各行各业对高效、低耗能产品的需求日益增长，PI 900V氮化镓反激式开关IC的推出无疑将为行业注入新的活力。公司将继续致力于为客户提供更高性能、更低损耗、更可靠的解决方案，推动技术创新，共同打造更加美好的未来。
