请不要忽略氮化镓高效电源的散热优势

作者：Pete Bartolik

在为新应用考虑板外 AC/DC 电源时，尽管基于氮化镓 (GaN) 的替代产品具有更出色的电气性能和能效，但设计人员通常还是会选择硅 (Si) 基部件。这可能是由于长期以来在成本效益方面的假设，也可能是由于长期以来的默认选择。然而，设计人员可能忽略了氮化镓基替代产品对冷却的要求降低。

硅半导体自 20 世纪下半叶以来一直是电子工业的主流。氮化镓于 20 世纪 30 年代合成，但经过了很长时间才获得青睐，并于 20 世纪 90 年代初首次普遍应用于发光二极管，在制造氮化镓晶体管作为金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的替代产品具有商业可行性后，氮化镓才得到更广泛的应用。

尽管如此，硅仍然是 AC/DC 电源的主流。利用更成熟的制造工艺，供应商可以在产品设计人员的成本限制范围内提供更多的硅晶体管，但硅基元件遇到了性能和发热瓶颈，这为更广泛地考虑基于氮化镓的替代产品带来机会。

使用氮化镓的电源具有更高的电子迁移率和更宽的带隙，因此可在更高的频率下工作，且能效更高，外形更加小巧。

氮化镓在电源产品中的优势

相比硅晶体管，氮化镓晶体管的电阻和开关损耗更低，开关速度更快，功耗更低。此外，氮化镓晶体管还具有更优的导热性，可在更高温度下工作。这就减少了对散热器、框架或风扇等体积庞大、噪音高的冷却部件的需求。

通过减少部件可提高可靠性，使电源外形更加紧凑，从而在设计新应用时能够节省宝贵的空间。体积更小、性能更可靠的电源适用于需要高性能、低噪音电源的各种应用。

板外氮化镓AC/DC 电源可用于以下应用：

· 要求电源必须高效、可靠、安静的医疗设备
· 用于机器人、传感器或控制器的、坚固耐用且适应性强的工业设备
· 为快速、轻型和便携式设备供电的消费电子产品
· 采用沉浸式低温电源的游戏系统、控制台和虚拟现实头盔
· Bel 旗下各种品牌的氮化镓电源

Bel Power Solutions 属于 Bel Fuse Inc. 旗下，一直在扩大其基于氮化镓的 AC/DC 电源产品在市场中的范围，且 EOS Power 和 CUI Inc. 两个品牌都属于 Bel。这些品牌提供了采用氮化镓技术的电源产品组合，旨在实现比硅基 MOSFET 同等产品更高的功率密度和能效。

EOS 以其超小型电源蜚声业界。

图 1：EPG300 和 MEPG300 电源的外形。（资料来源：EOS Power）

EPG300 和 MEPG300 AC/DC 电源均提供范围在 12 V 至 58 V 以内的六种单输出电压，且能效高达 94%。例如，EPG300-1312 是一款 12 V 输出的开放式电源，其尺寸为 4.00" x 2.00" x 1.47" (101.6 mm x 50.8 mm x 37.3 mm)。

MEPG300-1312 和该系列的其他型号专为医疗应用而设计，具体包括病床、成像设备、监控设备、手术设备和诊断设备。这类电源符合最新的医疗标准 (EN/IEC 60601-1)，并提供适用于 I 类应用的 2 x MOPP 隔离选项。

EPG500 和 MEPG500 AC-DC 电源（图 2）可在 90 VAC 至 264 VAC 的宽输入范围内提供高达 500 W 的稳压输出功率。这两款电源都提供范围在 12 V 至 58 V 以内的六个单输出电压，且尺寸为 5.00" x 3.00" x 1.58" (127.0 mm x 76.2 mm x 40.0 mm)。

图 2：EPG500/MEGG 500 电源的外形。（图片来源：EOS Power）

CUI 的 SDI120-U、SDI300G-U 和 SDI300G-UR 系列 120 W、300 W 台式氮化镓AC/DC 电源设计用于各种便携式消费类和工业应用。

CUI SDI120G-24-U-P51（图 3）是一款 24 V 输出的台式氮化镓电源，尺寸为 5.20" x 2.01" x 1.26" (132.0 mm x 51.0 mm x 32.0 mm)。该电源可提供高达 120 W 的连续功率，并符合美国能源部 VI 级能效标准。

图 3：SDI120G-24-U-P51 台式电源。（图片来源： CUI Inc.）

SDI300G-48-U2-P219 适用于需要高功率、高能效和紧凑型 AC/DC 电源的各种应用，尺寸为 7.20" x 3.35" x 1.38" (183.0 mm x 85.0 mm x 35.0 mm)，输出电压为 48 V，最大电流为 6.25 A。

CUI SDI300G-UR 系列符合 IEC II 级标准，需采用三孔 (C18) 插头，而 SDI300G-U（图 4）和 SDI120G-U 系列则采用两孔 (C14) 插头。

图 4：CUI 的 SDI300G-UR 系列 AC/DC 台式电源的外形，需采用双孔插头。（图片来源： CUI Inc.）

结语

随着产品制造商不断要求更紧凑、更高效的电源产品，氮化镓在消费电子、电信和汽车等领域的新电子应用中越来越具有吸引力。对于需要可靠、高效、紧凑的 AC/DC 电源转换并具有额外冷却优势的应用，Bel 品牌为产品设计人员提供了一系列选择。