高压氮化镓的未来，您能想象得到吗？ - 全文

你可以想象有这样一个世界，在这个世界中，你不需要建造这么多发电厂，来满足不断蹿升的数字需求。在这个世界中，工业、企业计算、电信和可再生能源系统的运行速度大大加快，并且效率更高。

这样一个世界也许很快就可以实现。

正是由于我们推出了LMG3410—一个用开创性的氮化镓 (GaN) 技术搭建的高压、集成驱动器解决方案，相对于传统的、基于硅材料的技术，创新人员将能够创造出更加小巧、效率更高、性能更佳的应用。

“氮化镓就像一个超级增压引擎，”我们的高压新技术开发组总监Steve Tom说，“它使得系统运行更快，动力更加强劲，并且能够处理更高的功率。它周围的驱动器、封装和其它组件能够真正地提高任何系统的性能。”

它会影响到我们身边的每一个人。你每次使用智能手机、网上下单、查看社交媒体，或者将照片上传至在线账户时，你连接的是一个包含数千台服务器的巨大数据中心。

这些服务器和数据中心的运转耗电量很大。而对于电力的需求—也是对于电厂发电量的要求—也增长的越来越快，这是因为我们的生活与网络互连的关系越来越紧密，并且对于高耗能数字器件的依赖程度也越来越高。

“由于我们对电子元器件的期待越来越高，随着物联网不断增长，我们的设备都被连接在了一起，我们需要消耗更多的电能，”GaN开发团队的系统和应用工程师Eric Faraci说，“更多的能耗意味着需要建造更多的大型电厂。但是，如果我们使用诸如氮化镓的技术，我们可以将效率提高到一定的程度，这样的话，我们也许就不再需要增加发电能力了。”

所以，我们可以想象一个更加绿色环保的生活。

“我们需要减少能耗，”Steve说，“我们无法一直满足全世界范围内不断增长的用电需求。”

在TI，我们不断工作，在憧憬着未来美好生活的同时，我们也努力尽早实现这些未来的技术。

感觉不到散热

GaN是将鎵元素和氮元素这两个元素组合在一起而创造出来的一款超快速的半导体材料。在很多年间，硅材料一直在底部支撑电子元器件的基础构造块。相对于硅材料，这个组合使得电子能够更加自由的运动。

系统中的电路，从手机到高端工业用工具和服务器，它们的工作方式都是不断接通和断开数百万个微型开关。开关每移动一次，它就会产生热量。

这些发热限制了系统的性能。比如说，当你笔记本电脑的电源变热时，其原因在于流经电路开关内的电子会产生热量，并且降低了它的效率。

由于氮化镓是一款更好、效率更高的半导体材料，它的发热量更低，所以设计人员能够将更多的开关装在更小的空间内。

在隔离式高压工业、电信、企业计算机和可再生能源应用中，具有集成式驱动器的600V GaN功率级开关显得特别重要。LMG3410的优势包括：

将目前技术最先进的硅材料功率因数校正转换器的功率密度加倍。

相对于分立式GaN解决方案，其功率损耗、电压应力和电磁干扰更低。

实现全新技术。

“GaN是一个更好的器具，”Steve说，“如果你极大地提升了开关的密度，降低电阻率，并使它们移动的更快，它对散热的需求就会降低，对于指定的大小，你就能够获得更佳的性能。它所实现的这些美妙功能突破了之前对于电子元器件处理能力的限制。”

完整的解决方案

GaN解决方案的推出将对高压应用产生一个短期的影响。但是，随着包含有GaN的系统设计变得越来越普遍，它的使用能够扩展至高端音频放大器、无人机、电动汽车、照明、计算、太阳能板、针对车辆的成像技术，并最终扩展至由墙上插座供电的所有低压应用。

“不同类型的应用层出不穷，”Steve说，“我们以无人机为例。目前，无人机的应用领域主要是满足人们业余爱好的需要，但是有了GaN后，我们也许能够将它们用于更加商业化和工业化的应用。”

关键是电池的使用寿命，Steve说。目前，大多数无人机在再次充电、返航或电量耗尽前的飞行时间大约为20分钟。

“由于其切换得更快，并且驱动频率更高，GaN的其中一个优势就是，你可以减少你的组件、磁性元件、电感器和电容器的体积和重量，”他说，“这将直接影响无人机的飞行时间。”

由于我们已经将GaN开关与一个驱动器封装在一起，并且用一个能够帮助应用充分利用其高级性能的完整生态系统对其提供支持，此类应用将运行得更加高效。此外，此器件包含针对温度、短路和不同电压条件的内置保护。

“我们从整个系统的角度来审视这个器件，”TI高级技术营销经理Masoud Beheshti说，“我们使客户能够更加轻松地把这款器件设计到他们的系统当中。我们充分了解如何使这款器件与我们产品库中的其它器件配合在一起，以提供一个完整的解决方案，这将帮助我们的用户加快产品上市时间，更加快速且有效地解决他们的问题。”

减少阻碍

LMG3410是第一款包含TI GaN开关的集成电路。这些器件在硅材料兼容晶圆制造工厂内生产，并且用我们数十年工艺技术经验提供品质保证。

“借助3百万小时以上的可靠性测试，LMG3410使得电源设计人员有信心挖掘GaN的潜能，并且重新思考那些他们之前认为根本就不可行的电源架构和系统，”TI高压电源解决方案副总裁Steve Lamhousse说，“在扩大TI生产能力和广泛系统设计专业知识影响力方面，这个全新的功率级是在GaN市场上迈出的重要一步。”

这就减少了某些阻碍，从而使设计人员能够将这款器件用于他们的应用，Steve Tom补充道。

“这也是我们希望控制生产制造的原因，”他说，“正因如此，我们在可靠性测试方面投入大量时间。基于这个原因，我们已经开发出了伴随电路，帮助尽可能地提高器件性能。”

“GaN功能强大，而我们将帮助设计人员将他们的应用提高到一个全新的水平。”

其它资源：
• 查看TI的GaN解决方案产品库。

• 阅读我们全新的白皮书：“用一个集成驱动器优化GaN性能。”

• 通过阅读博文“我们一起来实现氮化镓的可靠运行”，进一步了解TI如何使GaN更加可靠。

• 加入TI E2E™ 社区氮化镓 (GaN) 解决方案论坛，寻找解决方案、获得帮助、与同行工程师和TI专家们一起分享知识，解决难题。