一颗1700V的氮化镓芯片，叫板碳化硅

SiC和GaN正在功率半导体市场掀起巨浪，这并不是什么新鲜事了。但因为各有特点，在功率器件市场，两种不同的材料呈现出不同的特性。
 
正如很多报道中所说，GaN 和 SiC 器件都与其他成熟的半导体器件竞争，特别是 Si LDMOS MOSFET、超结 MOSFET 和 IGBT。在许多应用中，这些较旧的器件正逐渐被 GaN 和 SiC 晶体管取代。
 
例如，许多应用中 IGBT 正被 SiC 器件取代。SiC 器件可以以更高的频率（100 kHz 或更高，而非 20 kHz）切换，从而降低电感器或变压器的尺寸和成本，同时提高效率。SiC 还可以处理比 GaN 更多的电流。
 
但在Power Integrations（PI）公司的营销副总裁Doug Bailey看来，这种我们认为的格局，可能会被改写。
 
Bailey在日前的IIC ShenZhen的演讲中指出，PI近期推出了1700V的氮化镓器件。作为业界首个超过1250V的氮化镓器件，该器件的面世代表着氮化镓技术正在迅速发展，并逐渐逼近甚至超越碳化硅的性能。“这一系列创新旨在取代碳化硅，这是该公司的使命。”Bailey在演讲中强调。
 
PI的宽禁带发展史
 
从资料可以看到，PI是一家专注于高压电源管理及控制领域的高性能电子元器件及电源方案的供应商，总部位于美国硅谷。公司所推出的集成电路和二极管为包括移动设备、家电、智能电表、LED灯以及工业应用的众多电子产品设计出小巧紧凑的高能效AC-DC电源。
 
如图所示，PI的Doug Bailey认为，我们可以将典型的应用从10W到1GW。其中在100W级别的应用，GaN将会是主流。“如果你拥有一台新款笔记本适配器，里面很有可能就使用了GaN技术。在1kW级别，如服务器电源、车载充电器、DC-DC转换器中，氮化镓都是赢家。在10kW级别，即大型服务器电源和太阳能电池阵列中，氮化镓同样表现出色。
 

 
Bailey同时也承认，在高压领域，IGBT仍将是首选器件，但1MW级别可能是个例外。在Bailey看来，氮化镓将在1MW级产品中占据主导地位。
 
基于这些思考，PI在过去多年里一直深耕其氮化镓技术，并选择了坚固性和可靠性表现更优越的耗尽型氮化镓路线。具体到产品方面，早在2019 年，公司就率先向市场推出大批量的 GaN 电源 IC。据介绍，在这个GaN 开关中集成了控制器和其他所有组件，并采用单一封装，并首次用于笔记本电脑适配器设计。
 

 
针对汽车应用，PI也在几年前推出了首款750V的氮化镓器件。据Bailey介绍，这款氮化镓器件在汽车领域表现非常出色，被广泛用于汽车应急电源。随后，如下图所示，公司在过去几年推出了900V、1200V级别的氮化镓开关，这些开关IC也在市场中获得了客户的高度认可。
 

 
从Bailey的介绍我们得知，PI的GaN已经覆盖了从手机充电器、电视机、笔记本适配器到汽车充电、计量系统、太阳能电池阵列和电池储能等领域。展望未来，PI认为GaN能在市场中获得一些现在被SiC器件把持的市场。
 
于是，一颗更高雅的氮化镓开关IC面世。
 
一款1700V的氮化镓开关IC
 
据介绍，PI新推出的器件采用公司专有的PowiGaN技术制造而成，是业界首款1700V氮化镓开关IC。作为InnoMux-2系列单级、独立调整多路输出离线式电源IC的新成员，这款1700V额定耐压进一步提升了氮化镓功率器件的先进水平。值得一提的是，此前的业界首创产品是Power Integrations于2023年推出的900V和1250V器件。
 

 
PI进一步指出，公司1700V InnoMux-2 IC可在反激设计中轻松支持1000VDC额定输入电压，并在需要一个、两个或三个供电电压的应用中实现90%以上的效率。每路输出的调整精度都控制在1%以内，无需后级稳压器，并将系统效率进一步提高了约10%。
 

 
PI资深技术培训经理Jason Yan在介绍这颗全新产品的时候也强调，这款1700V的Powi GaN初级开关最多可以实现三组CV输出，其功率范围介乎15W到70W之间；与此同时，因为采用零电压开关(ZVS)技术和单级变换的设计，其效率提升了10%，无需用到散热片；又因为无需假负载电容，其待机功率也增加了20%；得益于无需后级稳压电路的设计，能将元件数量减少50%。
 
总结而言，这款1700V的Powi GaN能为多路输入电源提供高效率功率变化、高精度输出调整、电路更简单、元件更少和完善等保护等优势。
 
“我们新型InnoMux-2 IC整合了1700V氮化镓技术和其他三项最新创新技术：独立、精确的多路输出调整技术；FluxLink次级侧控制(SSR)数字隔离通信技术；以及几乎消除了开关损耗的不需要有源钳位的零电压开关(ZVS)技术。”Power Integrations技术副总裁Radu Barsan补充说。
 
得益于这些领先优势，该IC能在汽车充电器、太阳能逆变器、三相电表和各种工业电源系统等电源应用中，这种新型器件可取代昂贵的碳化硅(SiC)晶体管。
 
展望未来，Bailey认为GaN将能在更多场景中发挥作用，并有望成为SiC的一个不可忽视的挑战者。