氮化镓器件可以怎么用?PI祭出两大方案!

2019-09-10
15:33:22
来源: 互联网

      在电源领域,美国厂商Power Integrations(以下简称PI)是一个不能忽视的重要角色。作为高压电源转换领域半导体技术的知名创新者,他们在过去多年里一直以为开发者提供高效率、便于开发的电源转换方案为使命。这不但让他们获取了丰厚的回报,公司也在这个过程中积累了丰富的经验,为客户提供更为先进的产品。而氮化镓(GaN)器件就是他们的一个目标。

 
      众所周知,氮化镓这种响应快、效率高的第三代半导体材料在某些领域一直被看作硅的替代品。Power Integrations资深技术经理Jason Yan表示:”我们的氮化镓产品只是用来覆盖硅做不到的领域,在硅能做得很好的领域,我们会持续推进硅产品的发展“。
 
      基于对GaN技术的多年研究,PI公司在日前发布了他们基于氮化镓的InnoSwitch3 AC-DC变换器IC和使用PowiGaN开关的安全隔离型LED驱动器IC LYTSwitch-6 。
 
氮化镓让AC-DC变换器IC效率飙升
 
      据介绍,PI发布的这系列基于GaN的InnoSwitch™3系列恒压/恒流离线反激式开关电源IC新成员。可在整个负载范围内提供95%的高效率,并且在密闭适配器内不使用散热片的情况下可提供100 W的功率输出。这一突破性的性能提升源自内部开发的高压氮化镓开关技术。“通过用氮化镓开关替换常规IC中的高压硅晶体管,我们降低了IC电流流动期间的传导损耗,极大降低工作时的开关损耗。这将最终有助于大幅降低电源的能耗,进而提高效率”,Jason Yan指出。
 
氮化镓器件可以怎么用?PI祭出两大方案!InnoSwitch3系列(最后两行是全新的GaN系列产品)
 
      从介绍中我们得知,PI全新的GaN InnoSwitch3 系列有InnoSwitch3-CP(恒功率)、InnoSwitch3-EP(适合敞开式应用)和InnoSwitch3-Pro(数字控制)三个不同版本,且都在一个表面贴装封装内集成了初级电路、次级电路和反馈电路。那就意味着新IC无需外围元件即可提供精确的恒压/恒流/恒功率,并轻松与接快充协议接口IC协同工作,因此可以适用于如移动设备、机顶盒、显示器、家电、网络设备和游戏机的USB-PD和大电流充电器/适配器等高效率反激式设计。
 
      值得一提的是,在新的产品中,InnoSwitch3-CP和InnoSwitch3-EP的电源特性可以通过改变硬件参数的方式进行配置,而InnoSwitch3-Pro集成先进的数字接口,可通过软件实现对恒压和恒流的设置点、异常处理以及安全模式选项的控制。这就为开发者提供了更多的灵活选择。
 
      另外,PI的这些氮化镓方案还有简单的反激式电路拓扑结构;与之前的硅晶体管InnoSwitch 3 IC使用相同的开关电源设计流程;相同的开关频率;根据输出功率的不同选取相应的外部电路元件;开关波形极为相似和无异常的电路特性表现及增加特别的设计考量,因为PI将PowiGaN器件封装在其IC内部并对其开关工作提供可靠的保护,这就让工程师在可以看到显著性能提升的同时,其他方面并没有明显的变化。这进一步保证了产品使用的一致性、连贯性及易于使用特性。
 
氮化镓器件可以怎么用?PI祭出两大方案!GaN增加了InnoSwitch3的效率和输出功率
 
      PI在现场还介绍了基于两颗InnoSwitch3-Pro打造的业界首款90W USB-C双头充电器,可以同时给两台MacBook充电。
 
氮化镓器件可以怎么用?PI祭出两大方案!

氮化镓让小尺寸LED驱动成为可能

 
      至于LYTSwitch-6 ,则是PI在这个领域的另一震撼性产品。与之前的硅晶体管的方案相比,新的PowiGaN器件可以通过简单灵活的反激拓扑将LYTSwitch-6 的输出功率提升到110W,并同时实现94%转换效率。同时,该IC还增加了其击穿电压范围。
氮化镓器件可以怎么用?PI祭出两大方案!
      因为PI采用了将控制器、驱动器、PowiGaN开关、保护电路及SR控制集成在一个期间以内,这让整个方案在实现更高效率的的同事,还保持与传统硅LYTSwitch-6一样。这让其特别适用于如天花LED灯具驱动、高低舱顶灯灯具、LED路灯驱动和工业或24V恒压输出等对体积效率有要求的应用。
 
氮化镓器件可以怎么用?PI祭出两大方案!GaN增加了效率和功率
 
      除了氮化镓器件本身的特性外,PI同时为这个方案引入的很多创新技术也提高这个方案性能的另一个关键要素。当中包括了初级开关及电流检测、初级控制器、同步整流驱动电路、输出电流及电压控制和用以替代光耦器的FluxLink。
 
氮化镓器件可以怎么用?PI祭出两大方案!LYTSwitch-6 使用PI的创新技术以达到最佳性能
 
      按照Jason 的说法,这个FluxLink是他们整个方案中非常关键的一环。也是他们极具创新性的一个点。
 
      据PI之前的介绍,FluxLink是一项磁感电气隔离通信技术。由两个间距为0.4mm的磁感耦合导体构成,并且嵌入在同质绝缘材料中。该技术可提供超过8000V的绝缘且符合VDE0884-10标准(未来标准为VDE0884-11),可在低压原方与高压副方之间提供双向高速通信链路,省去光耦器等外围隔离元件,增强产品的可靠性和性能。
 
氮化镓器件可以怎么用?PI祭出两大方案!FluxLink:在隔离带之间进行磁感耦合
 
      基于以上技术,新的LYTSwitch-6 IC做到了极高的效率,且无需使用散热片,同时还可可大幅减小镇流器的尺寸和重量,并降低对驱动器周边风冷环境的要求。据介绍,他们的750 V PowiGaN初级开关可提供极低的RDS(ON),并降低开关损耗。“相较于常规方案,这一改进结合LYTSwitch-6现有的诸多特性,可使功率转换效率提高3%,进而减少三分之一以上的热能浪费”,Jason说,
 
番外:Power Integrations其实还会“放电”
 
      作为一家深耕于高压集成电路高能效功率转换领域的知名公司,Power Integrations除了在电压转换和相关驱动上拥有优势外,他们其实还很会“放电”。
 
      从Jason的介绍我们得知,为防止家电放电对用户造成的电气危害,所有的电器都需要遵循一个叫IEC60335的标准,该标准要求在AC断电后一秒之内应将输入X电容的电压放电至34 V以下。而PI的双端子CAPZero-3 IC就是瞄准这个目标而来的,
 
氮化镓器件可以怎么用?PI祭出两大方案!
 
      据了解,CAPZero-3 IC可在AC电压接通后阻断流经X电容放电电阻的电流,并在AC断电后通过这些电阻自动对X电容放电。CAPZero-3 IC可简化EMI滤波电路的设计,同时允许使用更大容量的X电容,从而可使用小号电感元件,而不会改变功耗。“新IC涵盖100 nF到6 µF的所有电容值”,Jason补充说。
 
      在实际的开发中,CAPZero-3 IC既可以放置在系统输入保险丝之前,也可以放置在它之后。因为新器件具有较高的共模抗浪涌能力,因此产品在设计的时候还无需外部接地连接,加上内部集成了1000 V MOSFET,这就让它具备了较高的差模抗浪涌能力。再加上封装和PCB的爬电距离保持在4 mm以下。
 
      综上所述,你对这家低调的电源芯片厂有了更深的了解吗?

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