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GaN技术的AC-DC变换器IC怎么实现高效率?

作为一种新兴的半导体材料,GaN材料的特性非常好,具有高热导率、化学稳定性好、直接带隙、强原子键等性质,适用于很多的应用,GaN材料是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,在高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔前景,尤其是在功率器件方面,比如GaN技术的优势很大,比如 LED驱动器IC和AC-DC变换器IC。功率器件就是进行功率处理的器件,具有处理高电压、大电流能力的半导体器件,通常情况下,功率器件需要进行变频、变压、变流、功率管理等处理,功率器件在计算机、通讯、工业、消费电子、汽车等领域均有应用。

相对于MOSFET的硅功率器件相比,基于GaN的功率器件具有更高的效率和更强的功耗处理能力,这些优势是当下高功耗、高密度系统等所需要的。作为高压电源转换领域半导体技术的知名创新者,Power Integrations公司的产品是清洁能源生态系统内的关键组成部分,可实现新能源发电以及毫瓦级至兆瓦级应用中电能的有效传输和消耗。近日,Power Integrations发布基于氮化镓的InnoSwitch3 AC-DC变换器IC以及推出的全新LYTSwitch-6 LED驱动器IC均采用了PowiGaN技术,可提供优异的功率密度和效率。Power Integrations资深技术经理阎金光(Jason Yan)对OFweek等多家媒体介绍了LYTSwitch-6 LED驱动器IC以及InnoSwitch3 AC-DC变换器IC产品,下面是关于产品的一些特点。

基于氮化镓的InnoSwitch3 AC-DC变换器IC

InnoSwitch3 AC-DC变换器IC可在整个负载范围内提供95%的高效率,并且在密闭适配器内不使用散热片的情况下可提供100 W的功率输出,这一突破性的性能提升源自内部开发的高压氮化镓开关技术。Jason Yan提到,准谐振模式的InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-Pro IC在一个表面贴装封装内集成了初级电路、次级电路和反馈电路。在新发布的系列器件中,氮化镓开关替换了IC初级的常规高压硅晶体管,这可以降低电流流动期间的传导损耗,并极大降低工作时的开关损耗。这最终有助于大幅降低电源的能耗,从而提高效率,使体积更小的InSOP-24D封装提供更大的输出功率。

在实现高效率和小尺寸方面,氮化镓是一项明显优于硅技术的关键技术,预计众多电源应用会从硅晶体管快速转换为氮化镓,InnoSwitch3已成为离线开关电源IC市场当之无愧的技术先行者。InnoSwitch3-CP和InnoSwitch3-EP的电源特性可以通过改变硬件参数的方式进行配置,而InnoSwitch-Pro集成先进的数字接口,可通过软件实现对恒压和恒流的设置点、异常处理以及安全模式选项的控制。

InnoSwitch3 IC可用于对尺寸和效率有较高要求的应用,如非原装USB PD适配器,高端手机充电器和其他移动设备,笔记本适配器,对尺寸和效率有较高要求的应用(家电、电视机、服务器待机电源、一体机电脑、视频游戏机),应用所要求的特点受益于InnoSwitch的产品特性,但需要更高的输出功率。

保证产品使用的一致性、连贯性及易于使用特性,InnoSwitch3 IC是简单的反激式电路拓扑结构,无论采用硅晶体管的还是采用PowiGaN开关的InnoSwitch3 IC均使用相同的开关电源设计流程,相同的开关频率,根据输出功率的不同选取相应的外部电路元件,InnoSwitch3 IC的开关波形极为相似,无异常的电路特性表现及增加特别的设计考量,同时,EMI采用标准技术考量,ESD与硅器件相比没有区别。Power Integrations资深技术经理阎金光(Jason Yan)表示,Power Integrations全新的InnoSwitch3 IC现已开始供货,基于10,000片的订货量每片单价为4美元。Power Integrations网站提供了五款新的参考设计,均为输出功率介于60 W到100 W的USB-PD充电器,此外还提供了自动化设计工具PI Expert 以及其他技术支持文档。

全新的LYTSwitch-6 LED驱动器IC有何亮点?

功率器件的应用越来越广泛,同时要求也在增强,比如市场对功率器件的环保要求增加,低碳生活意味着低功耗,对于AC-DC变换器IC与LED驱动器IC而言,设计者需要考虑到产品的功率密度和效率。据Jason Yan介绍,新的LYTSwitch-6 IC具有极高的效率,无需使用散热片即可大幅减小镇流器的尺寸和重量,并降低对驱动器周边风冷环境的要求。750 V PowiGaN初级开关可提供极低的RDS(ON),并降低开关损耗。相较于常规方案,这一改进结合LYTSwitch-6现有的诸多特性,可使功率转换效率提高3%,进而减少三分之一以上的热能浪费。LYTSwitch-6 IC采用PowiGaN技术,可提供无损耗电流检测,有助于提高效率。LYTSwitch-6产品系列的新器件仍保留了快速动态响应等优势,可为并联LED灯串提供优异的交叉调整率,并且无需额外的二次稳压电路,同时还支持无闪烁系统工作。这些优势可以保证更加易于实现使用脉宽调制(PWM)接口的调光应用。

使用PowiGaN开关增大了该产品的输出功率范围及击穿电压范围

在多数情况下,功率器件是用来控制电流的通过和截断,当电流通过时,这个理想开关两端的电压降为零,当电流截断时,这个理想开关两端可以承受的电压是任意大小。如今的的功率器件已经具有很好的性能,在要求电压电流处理范围内,可以接近一个理想开关。先进的氮化镓(GaN)技术可大幅提高功率和效率,这给氮化镓功率器件发展创造了条件。GaN具有极快的开关速度和优异反向恢复性能,在低损耗、高效率应用场合优势明显。Jason Yan表示,使用PowiGaN开关的LYTSwitch-6 IC 实现大于100 W的输出功率,基于硅晶体管的LYTSwitch-6产品在高达65 W的应用当中非常有效,PowiGaN开关提供更大的输出功率单位面积的RDS(ON)更小开关损耗更低LYTSwitch-6 PowiGaN 器件LYT6079C高达100 W输出功率,LYT6070C高达110 W输出功率。采用PowiGaN技术的全新LYTSwitch-6 IC的高效率设计特别适合智能家用和商用照明以及薄型天花板凹槽灯应用。

GaN开关技术是功率转换的未来

GaN是一种高电子迁移率晶体管,这就意味着GaN器件的临界电场强度大于硅,如果给它们相同的片上电阻和击穿电压,GaN的尺寸更小。大功率密度的LYTSwitch-6设计可减小LED驱动器的高度和重量,这对于空间受限且密闭的镇流器应用而言至关重要。Power Integrations资深技术经理阎金光(Jason Yan)表示,PowiGaN开关更具实用性,PowiGaN开关优于硅晶体管开关电源更加高效、温升更低、体积更小在高功率应用当中引领“无散热片”设计的设计趋势。他继续说道,GaN开关技术是功率转换的未来,PowiGaN开关集成于IC内部并提供可靠的保护控制器、驱动器、PowiGaN开关、保护电路及SR控制集成在一个器件以内更高的效率工作方式与其它LYTSwitch-6器件相同。目前,基于GaN的LYTSwitch-6 LED驱动器IC现已开始供货。


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