PCIM 上各家公司的最新GaN 功率半导体产品

电力电子制造商在 PCIM Europe 上展示了他们最新的 GaN 和 SiC 功率半导体，在功率密度和效率方面大肆宣扬。

在PCIM Europe上，电力电子制造商展示了他们在宽带隙 (WBG) 技术方面的最新创新和进步。硅功率器件制造商也实现了性能改进。尽管硅在电力电子市场占据主导地位，但 WBG 半导体正在各种应用中取得巨大进展，包括数据中心、工业控制、汽车和电动汽车。特别是氮化镓 (GaN) 等 WBG 半导体在快速充电器设计方面取得了长足进步，而碳化硅 (SiC) 预计将在 800 伏 (V) 电动汽车中出现巨大需求。

以下是展会上推出的一系列功率半导体。首先是声称在尺寸、功率密度和效率方面具有突破性性能的 GaN 器件。

GaN：更高的功率密度和效率

Efficient Power Conversion Corp. (EPC) 宣布推出其增强型 eGaN FET 系列，推出 100V、2.2mΩ EPC2071 GaN FET。EPC2071提供较低的栅极电荷、Q GD和零反向恢复损耗，可实现 1 MHz 及以上的高频操作，并在 10.2 mm 2占位面积内实现高效率，以实现高功率密度。

EPC2071 号称是最小的 100V、2mΩ GaN FET，适用于对高功率密度性能有苛刻要求的空间受限应用。应用包括 BLDC 电机驱动器，包括电动自行车、电动滑板车、机器人、无人机和电动工具以及电信和服务器电源以及太阳能逆变器。

EPC2071 与 EPC 先前的第 4 代产品系列兼容：EPC2021、EPC2022 和 EPC2206。然而，第 5 代在面积 × R DS(on)方面的改进使 EPC2071 的导通电阻与上一代相同，但尺寸减小了 26%。

与硅 MOSFET 相比，EPC2071 的尺寸只有相同 R DS(on)的三分之一，死区时间可以从 500 ns 减少到 20 ns，以优化电机和逆变器效率并降低噪声，EPC 说。此外，Q G是硅 MOSFET 的四分之一。

EPC 还提供 EPC9174 参考设计板，这是一款 1.2kW、48V 输入至 12V 输出 LLC 转换器。它具有用于初级侧全桥的 EPC2071，以及 uP1966E 和 LMG1020 栅极驱动器以及 Microchip dsPIC33CK32MP102 16 位数字控制器。该电路板尺寸为 22.9 × 58.4 × 10 mm，功率密度为 1472 W/in 3 )，峰值效率为 97.3%(550 W)。满载效率为 96.3%(12 V)，输出电流为 100-A。

EPC2071 和 EPC9174 演示板均可从 Digi-Key 立即交付。EPC 还为有兴趣用 GaN 解决方案替换其硅 MOSFET 的设计人员提供交叉参考工具。

GaN Systems在 PCIM Europe 2022 上展示了使用 GaN Systems 的氮化镓 (GaN) 功率半导体的几款具有突破性性能的创新解决方案。展会上重点介绍的两种产品包括 100-W/in 3数据中心电源和高功率- 游戏笔记本电脑的密度电源。

GaN Systems和xFusion Digital Technologies Co., Ltd. (xFusion) 推出了 xFusion 3-kW 电源单元 (PSU)，被吹捧为第一个 100-W/in 3 和 80 Plus Titanium 效率解决方案。据 GaN Systems 称，功率密度高达 100 W/in 3 和 96% 以上的效率，与基于硅的电源相比，电源的尺寸和功耗降低了一半。

xFusion PSU 尺寸为 68 × 183 × 40.5 mm。它支持 90-264 VDC 和 180-300 VAC 输入、12-V 输出。

改用 GaN System 的功率晶体管证明了功率级别从 800 W 到 6 kW 的产品性能的提高。

“对于数据中心中的每组 10 个机架，基于 GaN 的 PSU 可以增加 300 万美元的利润，并将数据中心的运营成本和二氧化碳排放量每年减少 100 多公吨，”该公司表示。

GaN Systems 还宣布推出 Phihong Technology 的 280-W GaN 充电器，号称业界最高功率密度的游戏笔记本电脑电源。游戏电源采用超紧凑的 160 × 69 × 25 毫米外壳，重 700 克，比传统的 280-W 游戏充电器小 50%，轻 30%。

Phihong 的 280-W GaN 充电器具有 16 W/in 3 的功率密度，据称是高效的，具有 95% 的满载转换效率和 <0.2W 的空载待机损耗。它还具有零电压和零电流软件开关技术和数字控制。

Navitas Semiconductor 推出了NV6169，这是一款采用 GaNSense 技术的新型大功率 650/800 V 额定 GaNFast 电源 IC，将其业务范围扩展到数据中心、太阳能和电动汽车等更高功率的应用。新型 GaN 功率 IC 适用于更高功率的应用，例如 400-1,000-W 4K/8K 电视和显示器、游戏系统、500-W 太阳能微型逆变器、1.2-kW 数据中心 SMPS 和高达 4-kW/5-hp电机驱动。

“与传统的硅充电器相比，GaN 充电器可以实现 3 倍的功率或 3 倍的充电速度，同时节省高达 40% 的能源，而尺寸和重量仅为传统硅解决方案的一半，”Navitas 说。该公司补充说，它的运行速度也比传统硅快 20 倍。

45 毫欧 NV6169 的导通电阻 (R DS(ON) )降低了 36% ，提供比以前的设计多 50% 的功率，采用行业标准的 8 × 8 mm-PQFN 封装，可实现高效率、高密度电力系统。

NV6169 是第三代集成 GaN 平台中额定功率最高的 IC。GaN 功率 IC 额定工作电压为 650 V，额定工作电压为 800 V，峰值额定电压为 800 V，可在瞬态事件期间稳定工作。GaN 栅极受到全面保护，器件的额定静电放电 (ESD) 规格为 2 kV。

Navitas 采用 GaNSense 技术的 GaNFast 电源 IC 集成了电源、驱动和控制，具有额外的自主保护和无损电流感应。他们声称拥有业界最快的短路保护，“检测到保护”速度为 30 ns，比分立解决方案快 6 倍，Navitas 表示。

据该公司称，在电机驱动应用中，GaN IC 与硅 IGBT 相比可节省高达 40% 的能源，消除 30 个外部组件，并将系统效率提高 8%。

NV6169 可根据 NDA 立即提供给客户。批量生产的交货时间从 6 周到 16 周不等。提供仿真模型 (PSPICE/LTSPICE/SiMetrix)、3D 封装模型 (STP) 和应用说明 (AN-0016)。

Innoscience Technology 和 Silanna Semiconductor 在 PCIM Europe 展示了用于 USB-PD PSU 设计的65W有源钳位反激 (ACF) 参考设计，功率密度为 30W/in 3 。该设计在 230 VAC 时实现了高于 94% 的效率水平，并提供低于 25 mW 的空载功耗。

该设计包括 Innoscience 的 INN650D240A 650-V 硅基 GaN 增强模式功率晶体管和 Silanna 的 SZ1131 完全集成的 ACF 控制器。GaN HEMT 可实现超高开关频率，并具有无反向恢复电荷、低栅极电荷和低输出电荷的特点。R DS(on)最大值为 240 mΩ。Silanna 声称 CO2 Smart Power SZ1131 提供业界最高的集成度和运行效率 (95%)，具有低于 20 mW 的超低空载功耗。

PCBA 上的 65W 参考设计尺寸为 34 × 34.5 × 30.5 mm。它提供 90-265 VAC 的输入电压范围，并提供 5 V/3 A、9 V/3 A、15 V/3 A 和 20 V/3.25 A 的 USB-PD 输出电压和电流配置。