德州仪器 (TI) 宽带隙解决方案

一切始于计算器

当我在高中和大学时，作为一名初出茅庐的工程师，我经常使用的工具是德州仪器 (TI) 30 计算器（图 1）。这东西是坚不可摧的。我曾经通过让它从三楼的防火梯到下面的草地上来展示它的韧性，它仍然有效。我过去常常把它们扔在学校的墙上，它从来没有破过。我买过的任何东西都被证明比这个 5 x 8 键盘物超所值，这是一个数学计算奇迹。这是我对德州仪器的介绍。我印象深刻。我想为他们工作。

图 1：Vintage TI-30 计算器（来源：France1978/ CC BY-SA 2.0）

在我的工程之旅中，我了解到 TI 是电源管理方面的专家。电源管理是一个重要主题，因为电气化促使设计人员寻求更高的效率，而高压电源市场对更高功率的需求也在不断增长。Texas Instruments 认为，氮化镓 (GaN) 等宽带隙 (WBG) 技术将在满足对高压系统更高效率、性能和可靠性的需求方面发挥关键作用。TI 正在运用其专业知识在高功率领域进行创新，专注于高度集成的GaN 解决方案。TI 的集成方法在业界是独一无二的，可实现最高性能、功率密度、简化设计并降低系统成本。

为什么选择氮化镓

GaN IC 有助于最大限度地提高功率密度和效率。使用 GaN 器件可以将功率转换器中的功率损耗降低 80%。具有集成栅极驱动器和 GaN 功率器件的 TI GaN FET 系列提供最高效的 GaN 解决方案，具有使用寿命可靠性和成本优势。GaN 晶体管的开关速度比硅 MOSFET 快得多，这使工程师能够设计出具有更小磁性元件的更高频率的功率级。此外，GaN 提高了功率密度，同时提供了实现更低开关损耗的潜力。

比分立式 GaN FET 更快的开关速度

带有集成驱动器的 TI GaN FET 可以达到 150V/ns 的开关速度。这些开关速度与低电感封装相结合，可减少损耗，实现干净的开关并最大限度地减少振铃。

更小的磁性元件，更高的功率密度

借助更快的开关速度，TI 的 GaN 器件可帮助您实现超过 500kHz 的开关频率，从而使磁性元件缩小多达 60%、提高性能并降低系统成本。

专为可靠性而打造

TI 的 GaN 器件旨在确保高压系统的安全，这得益于专有的 GaN-on-Si 工艺、超过 4000 万小时的可靠性测试和保护功能。

设计人员在许多应用中使用 TI GaN IC，从电信、服务器、电机驱动器和笔记本电脑适配器到电动汽车的车载充电器。

用于服务器的 TI GaN

服务器机架的价值在于它们根据所需的能源消耗和占地面积计算的能力（图 2）。这意味着永远需要增加服务器的电源。此外，每瓦 (W) 的热输出是服务器安装所需的一瓦冷却。电源效率提高 1% 相当于每 1kW 电源容量节省大约 70 美元。与传统的硅 (Si) FET 相比，GaN FET 的开关损耗也更低。在服务器的整个生命周期内，通过提高数据中心的效率而节省的费用可能等于数百万美元。

广泛的工业应用需要防风雨外壳或冷却能力有限；因此，它们需要昂贵的散热器才能正常工作。这些应用正是 TI GaN 解决方案的价值所在。它们以相同的功率水平在更小的空间内提供更高的功率密度。GaN 在更高频率下的开关能力实现了在相同空间内获得更多功率。这使客户能够缩小服务器电源装置 (PSU) 的尺寸，同时减少功率损耗（大约 30% 到 40%）和能耗。

汽车用

汽车电气化正在改变汽车行业，消费者对充电速度更快、行驶距离更远的汽车的要求也越来越高。因此，工程师面临着在不影响车辆性能的情况下设计紧凑、轻便的汽车系统的挑战。TI 的汽车 GaN FET 与现有的 Si 或 SiC 解决方案相比，可使电动汽车 (EV) 车载充电器和 DC/DC 转换器的尺寸减小多达 50%。其结果是使工程师能够延长电池续航时间、提高系统可靠性并降低设计成本。

独特的集成

Texas Instruments 将栅极驱动器和其他功能与 GaN 场效应晶体管 (FET) 集成的特定方法为市场上的 GaN 提供了最简单和最佳的解决方案。将栅极驱动器与 GaN FET 集成可提高性能。许多半导体制造商都集成了驱动器，但只有 TI 是独一无二的，目前，他们还集成了偏置和安全功能（图 3）。这有助于减少驱动器和 FET 之间的寄生效应，从而为客户增加价值。它同时降低了环路电感，有助于提高开关速度 (>2x)。其他集成功能通过处理电源管理和保护功能简化了一般设计。

图 3：Texas Instruments 提供带有 GAN FET 的独特集成栅极驱动器。（德州仪器）

TI 和 Mouser GaN 携手合作

Texas Instruments LMG34XX-BB-EVM GaN 系统评估板是一个完全集成的解决方案，可用于原型制作（图 4）。该分线板进一步简化了 GaN 的设计过程，并使其对工程师友好。它可用于配置任何 LMG34xx 半桥板，例如同步降压转换器。通过提供功率级、偏置电源和逻辑电路，该评估模块可以快速测量 GaN 器件开关。该评估模块可通过适当的热管理（强制通风、低频操作等）提供合适的输出电流，以确保不超过最大工作温度。

图 4：Texas Instruments LMG34XX-BB-EVM GaN 系统评估板（贸泽电子）

结论

我的 TI-30 计算器是那个时代的综合计算中心。同样，在 GaN 解决方案方面，TI 也是领先的创新者，这些解决方案在满足对高压系统更高效率、性能和可靠性的需求方面发挥着至关重要的作用。正在寻找业内真正独一无二的集成方法，以实现最高性能、功率密度、易于设计和更低的系统成本？看看德州仪器。

作者

Paul Golata 于 2011 年加入 Mouser Electronics。作为一名高级技术专家，Paul 通过推动战略领导、战术执行以及先进技术相关产品的整体产品线和营销方向，为 Mouser 的成功做出了贡献。他通过提供独特且有价值的技术内容，为设计工程师提供电气工程领域的最新信息和趋势，促进并提升贸泽电子作为首选分销商的地位。

在加入 Mouser Electronics 之前，Paul 曾在 Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、JDSU 和 Arrow Electronics 担任各种制造、营销和销售相关职务。他拥有 DeVry 理工学院（伊利诺伊州芝加哥）的 BSEET；佩珀代因大学（加利福尼亚州马里布）的工商管理硕士学位；来自西南浸信会神学院（德克萨斯州沃思堡）的 MDiv w/BL；以及西南浸信会神学院（德克萨斯州沃思堡）的博士学位。

审核编辑黄昊宇