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瞄準汽車/工業應用 整合式GaN電源市場TI不缺席
新電子黃繼寬
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在氮化鎵(GaN)材料開始應用在電源領域之後,扮演開關角色的GaNFET或GaN HEMT,到底要不要跟驅動器整合,成為電源管理晶片,一直是業界熱議的話題。對低電壓、小功率應用,如快速充電器而言,整合式方案跟離散元件都是可行選項,但如果是高電壓、大功率應用,驅動器與開關整合,似乎是業界的共識。繼意法半導體(ST)利用先進封裝,推出整合一對GaNFET與驅動晶片,鎖定400W以下低功率應用的整合式GaN電源管理晶片後,德州儀器(TI)也宣布推出針對汽車、工業應用設計,輸出功率可達數千瓦的整合式GaN電源解決方案。

德州儀器高壓電源事業部氮化鎵產品線經理Steve Tom表示,工業和汽車應用愈來愈需要在更小的空間內提供更大的電源,因此,客戶不斷追求效率更高、尺寸更小的解決方案,且這些方案的可靠度必須經過實證,以確保終端設備可長期穩定運作。GaN電源同時具備高轉換效率與小尺寸的特性,例如TI這次發表的650V與600V整合式GaN電源方案,效率可達99%,且電磁尺寸縮小59%。至於在可靠度方面,TI投入氮化鎵技術研究,已有近十年時間,並完成超過4,000萬小時可靠性測試,以及超過5GWh的電源轉換應用測試。TI有信心,自家推出的GaN電源方案可以在各市場滿足終生可靠的要求。

在高電壓、高密度應用中,縮小電路板面積為重要設計考量。當電子系統尺寸縮小後,其中的元件尺寸必須縮小,元件間的距離也會變得更短。因此,TI認為,要完全發揮GaN材料的特性,整合式的方案是最理想的,目前也沒有推出獨立GaN FET的計畫。例如這次新推出的GaN FET元件,內部就整合了快速開關驅動器、保護電路及溫度感測,可協助工程師達到高性能,同時縮小電源管理設計的電路板空間。與使用離散元件的設計相比,使用TI整合式方案,可以省下十多項外部元件。

針對工業應用,TI推出耐壓600V的整合式GaN電源元件。與使用離散元件相比,採用此一方案可省下十多項外部元件,進一步縮小電源體積

而隨著電源系統尺寸縮小,散熱問題也必須更審慎處理。TI GaN FET封裝熱阻抗比競品低23%,因此工程師可選用較小的散熱片,並簡化熱能設計,新裝置提供最大熱能設計彈性,不論是何種應用,均可選擇上側或下側冷卻封裝,且FET內建數位溫度通報功能,可達到主動式電源管理,有助於工程師在各種負載及運作條件下,最佳化系統散熱性能。

整體來說,隨著再生能源、電動車越來越普及,市場對高效能電源管理的需求,還會不斷成長。氮化鎵可以實現許多利用傳統矽材料無法達成的應用,且成本十分具有競爭力。TI相信,在電動車與資料中心等工業應用領域,基於氮化鎵的電源解決方案,將有龐大的市場商機存在。

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