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提升大功率系統轉換效率 eGaN FET扮要角
新電子侯冠州
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現今各種應用市場如工業、汽車、資料中心等,對功率的需求持續攀升,而為增加設備的電源使用效率及降低功耗,其系統的轉換效率規格也必須相對提升,因此,新興寬能隙功率半導體如氮化鎵(GaN)便扮演十分重要的角色,不僅可滿足社會對越來越高效的電力需求,還能實現創新應用。

宜普電源轉換公司(EPC)首席執行長Alexander Lidow表示,電力成本是推動社會經濟持續健康發展的主要動力,提高成本效益會使人們享有更佳的生活質素並推動全新應用和產業的發展。不過,現今應用市場對功率的需求越來越大,採用已久的矽(Si)技術已達到它的性能極限,需要一種全新的半導體材料提升產品功率規格和轉換效率,而GaN便是其中的關鍵。

以無線充電為例,電源轉換(Power Conversion)在無線電源傳輸的設計中會影響系統的總效率,因此是很重要的一門課題。AC-DC、DC-Switching RF Amplifier、RF-DC Rectifier每一個建立區塊(Building block)都須考慮優化轉換效率來解決系統的散熱問題。當功率越大時,就需更高的轉換效率來降低相對產生的熱能,如果需要縮小體積,對於系統設計來說,更是加倍的挑戰。

換言之,整體而言,隨著產品功率規格不斷提升,像從20W升到40W,甚至邁向80W,大功率小體積的設計挑戰就是效率的問題;電源轉換、高效能、低損耗的元件、線圈設計和阻抗匹配都是直接影響系統的總效率的因素。

對此,捷佳科技股份有限公司總經理舒中和指出,GaN元件,如氮化鎵場效應電晶體(eGaN FET)如具有高開關速度、低損耗、小體積等優點,可克服像上述提到的,電源轉換在無線電源傳輸設計中影響系統總效率的問題,或是其他也同等重要的情況;例如建立區塊還有線圈設計相關的耦合K值(Coupling Factor)、Q Factor(線圈在共振運作狀態時保存能量能力的Q值,如阻尼越低損耗越小)和Impedance Matching (用阻抗匹配來轉變成優化負載而提升效率)。

Lidow透露,eGaN FET可在更高頻下工作及具備超低的導通電阻,因此它可以提高目前採用標準MOSFET產品的應用的性能,更推動了矽基FET技術所不可能實現的全新應用。因此,未來該公司與捷佳科技將會持續推動相關解決方案,滿足如無線充電、自動駕駛、高速移動通訊、低成本衛星及醫療護理等新興應用市場。

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