一切始于計(jì)算器

當(dāng)我在高中和大學(xué)時(shí)，作為一名初出茅廬的工程師，我經(jīng)常使用的工具是德州儀器 (TI) 30 計(jì)算器（圖 1）。這東西是堅(jiān)不可摧的。我曾經(jīng)通過(guò)讓它從三樓的防火梯到下面的草地上來(lái)展示它的韌性，它仍然有效。我過(guò)去常常把它們?nèi)釉趯W(xué)校的墻上，它從來(lái)沒(méi)有破過(guò)。我買(mǎi)過(guò)的任何東西都被證明比這個(gè) 5 x 8 鍵盤(pán)物超所值，這是一個(gè)數(shù)學(xué)計(jì)算奇跡。這是我對(duì)德州儀器的介紹。我印象深刻。我想為他們工作。

圖 1：Vintage TI-30 計(jì)算器（來(lái)源：France1978/ CC BY-SA 2.0）

在我的工程之旅中，我了解到 TI 是電源管理方面的專家。電源管理是一個(gè)重要主題，因?yàn)?a target="_blank">電氣化促使設(shè)計(jì)人員尋求更高的效率，而高壓電源市場(chǎng)對(duì)更高功率的需求也在不斷增長(zhǎng)。Texas Instruments 認(rèn)為，氮化鎵 (GaN) 等寬帶隙 (WBG) 技術(shù)將在滿足對(duì)高壓系統(tǒng)更高效率、性能和可靠性的需求方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。TI 正在運(yùn)用其專業(yè)知識(shí)在高功率領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，專注于高度集成的GaN 解決方案。TI 的集成方法在業(yè)界是獨(dú)一無(wú)二的，可實(shí)現(xiàn)最高性能、功率密度、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低系統(tǒng)成本。

為什么選擇氮化鎵

GaN IC 有助于最大限度地提高功率密度和效率。使用 GaN 器件可以將功率轉(zhuǎn)換器中的功率損耗降低 80%。具有集成柵極驅(qū)動(dòng)器和 GaN 功率器件的 TI GaN FET 系列提供最高效的 GaN 解決方案，具有使用壽命可靠性和成本優(yōu)勢(shì)。GaN 晶體管的開(kāi)關(guān)速度比硅 MOSFET 快得多，這使工程師能夠設(shè)計(jì)出具有更小磁性元件的更高頻率的功率級(jí)。此外，GaN 提高了功率密度，同時(shí)提供了實(shí)現(xiàn)更低開(kāi)關(guān)損耗的潛力。

比分立式 GaN FET 更快的開(kāi)關(guān)速度

帶有集成驅(qū)動(dòng)器的 TI GaN FET 可以達(dá)到 150V/ns 的開(kāi)關(guān)速度。這些開(kāi)關(guān)速度與低電感封裝相結(jié)合，可減少損耗，實(shí)現(xiàn)干凈的開(kāi)關(guān)并最大限度地減少振鈴。

更小的磁性元件，更高的功率密度

借助更快的開(kāi)關(guān)速度，TI 的 GaN 器件可幫助您實(shí)現(xiàn)超過(guò) 500kHz 的開(kāi)關(guān)頻率，從而使磁性元件縮小多達(dá) 60%、提高性能并降低系統(tǒng)成本。

專為可靠性而打造

TI 的 GaN 器件旨在確保高壓系統(tǒng)的安全，這得益于專有的 GaN-on-Si 工藝、超過(guò) 4000 萬(wàn)小時(shí)的可靠性測(cè)試和保護(hù)功能。

設(shè)計(jì)人員在許多應(yīng)用中使用 TI GaN IC，從電信、服務(wù)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和筆記本電腦適配器到電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電器。

用于服務(wù)器的 TI GaN

服務(wù)器機(jī)架的價(jià)值在于它們根據(jù)所需的能源消耗和占地面積計(jì)算的能力（圖 2）。這意味著永遠(yuǎn)需要增加服務(wù)器的電源。此外，每瓦 (W) 的熱輸出是服務(wù)器安裝所需的一瓦冷卻。電源效率提高 1% 相當(dāng)于每 1kW 電源容量節(jié)省大約 70 美元。與傳統(tǒng)的硅 (Si) FET 相比，GaN FET 的開(kāi)關(guān)損耗也更低。在服務(wù)器的整個(gè)生命周期內(nèi)，通過(guò)提高數(shù)據(jù)中心的效率而節(jié)省的費(fèi)用可能等于數(shù)百萬(wàn)美元。

廣泛的工業(yè)應(yīng)用需要防風(fēng)雨外殼或冷卻能力有限；因此，它們需要昂貴的散熱器才能正常工作。這些應(yīng)用正是 TI GaN 解決方案的價(jià)值所在。它們以相同的功率水平在更小的空間內(nèi)提供更高的功率密度。GaN 在更高頻率下的開(kāi)關(guān)能力實(shí)現(xiàn)了在相同空間內(nèi)獲得更多功率。這使客戶能夠縮小服務(wù)器電源裝置 (PSU) 的尺寸，同時(shí)減少功率損耗（大約 30% 到 40%）和能耗。

汽車(chē)用

汽車(chē)電氣化正在改變汽車(chē)行業(yè)，消費(fèi)者對(duì)充電速度更快、行駛距離更遠(yuǎn)的汽車(chē)的要求也越來(lái)越高。因此，工程師面臨著在不影響車(chē)輛性能的情況下設(shè)計(jì)緊湊、輕便的汽車(chē)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。TI 的汽車(chē) GaN FET 與現(xiàn)有的 Si 或 SiC 解決方案相比，可使電動(dòng)汽車(chē) (EV) 車(chē)載充電器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的尺寸減小多達(dá) 50%。其結(jié)果是使工程師能夠延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間、提高系統(tǒng)可靠性并降低設(shè)計(jì)成本。

獨(dú)特的集成

Texas Instruments 將柵極驅(qū)動(dòng)器和其他功能與 GaN 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 集成的特定方法為市場(chǎng)上的 GaN 提供了最簡(jiǎn)單和最佳的解決方案。將柵極驅(qū)動(dòng)器與 GaN FET 集成可提高性能。許多半導(dǎo)體制造商都集成了驅(qū)動(dòng)器，但只有 TI 是獨(dú)一無(wú)二的，目前，他們還集成了偏置和安全功能（圖 3）。這有助于減少驅(qū)動(dòng)器和 FET 之間的寄生效應(yīng)，從而為客戶增加價(jià)值。它同時(shí)降低了環(huán)路電感，有助于提高開(kāi)關(guān)速度 (>2x)。其他集成功能通過(guò)處理電源管理和保護(hù)功能簡(jiǎn)化了一般設(shè)計(jì)。

圖 3：Texas Instruments 提供帶有 GAN FET 的獨(dú)特集成柵極驅(qū)動(dòng)器。（德州儀器）

TI 和 Mouser GaN 攜手合作

Texas Instruments LMG34XX-BB-EVM GaN 系統(tǒng)評(píng)估板是一個(gè)完全集成的解決方案，可用于原型制作（圖 4）。該分線板進(jìn)一步簡(jiǎn)化了 GaN 的設(shè)計(jì)過(guò)程，并使其對(duì)工程師友好。它可用于配置任何 LMG34xx 半橋板，例如同步降壓轉(zhuǎn)換器。通過(guò)提供功率級(jí)、偏置電源和邏輯電路，該評(píng)估模塊可以快速測(cè)量 GaN 器件開(kāi)關(guān)。該評(píng)估模塊可通過(guò)適當(dāng)?shù)臒峁芾恚◤?qiáng)制通風(fēng)、低頻操作等）提供合適的輸出電流，以確保不超過(guò)最大工作溫度。

圖 4：Texas Instruments LMG34XX-BB-EVM GaN 系統(tǒng)評(píng)估板（貿(mào)澤電子）

結(jié)論

我的 TI-30 計(jì)算器是那個(gè)時(shí)代的綜合計(jì)算中心。同樣，在 GaN 解決方案方面，TI 也是領(lǐng)先的創(chuàng)新者，這些解決方案在滿足對(duì)高壓系統(tǒng)更高效率、性能和可靠性的需求方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。正在尋找業(yè)內(nèi)真正獨(dú)一無(wú)二的集成方法，以實(shí)現(xiàn)最高性能、功率密度、易于設(shè)計(jì)和更低的系統(tǒng)成本？看看德州儀器。

作者

Paul Golata 于 2011 年加入 Mouser Electronics。作為一名高級(jí)技術(shù)專家，Paul 通過(guò)推動(dòng)戰(zhàn)略領(lǐng)導(dǎo)、戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行以及先進(jìn)技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的整體產(chǎn)品線和營(yíng)銷方向，為 Mouser 的成功做出了貢獻(xiàn)。他通過(guò)提供獨(dú)特且有價(jià)值的技術(shù)內(nèi)容，為設(shè)計(jì)工程師提供電氣工程領(lǐng)域的最新信息和趨勢(shì)，促進(jìn)并提升貿(mào)澤電子作為首選分銷商的地位。

在加入 Mouser Electronics 之前，Paul 曾在 Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、JDSU 和 Arrow Electronics 擔(dān)任各種制造、營(yíng)銷和銷售相關(guān)職務(wù)。他擁有 DeVry 理工學(xué)院（伊利諾伊州芝加哥）的 BSEET；佩珀代因大學(xué)（加利福尼亞州馬里布）的工商管理碩士學(xué)位；來(lái)自西南浸信會(huì)神學(xué)院（德克薩斯州沃思堡）的 MDiv w/BL；以及西南浸信會(huì)神學(xué)院（德克薩斯州沃思堡）的博士學(xué)位。

審核編輯黃昊宇