见新势力NO.72 -专访新手雷国贵：AI医学影像筛查、诊疗服务平台
06-17
作者：Ahmad Bahai，德州仪器（TI）首席技术官我们可以想象：当你驾驶电动汽车上路时，电动汽车的充电设备充电效率可比您目前使用的充电效率提高一倍；尺寸仅为当前使用一半的电机驱动器效率更高；笔记本电脑电源适配器足够小，可以放入您的口袋中。
电子设备的未来取决于电源管理创新。
或者考虑一下：每个简单的互联网搜索查询所消耗的电量足以让 60 瓦灯泡燃烧约 17 秒。
现在，将其乘以每天发生的数十亿次查询，您就会得到数十亿千瓦时的能源消耗。
更有效地管理能源和占用更少空间的挑战仍然没有减少。
氮化镓 (GaN) 等新技术有望显着改善电源管理、发电和电力传输的许多方面。
预计到 2020 年，电力电子行业将管理约 80% 的能源，而 2017 年仅为 30%。
这相当于节省超过 30 亿千瓦时的能源。
这些电力足以为超过 300,000 个家庭提供一年的电力。
任何可以直接从电网获取电力的设备（从智能手机充电器到数据中心），或任何可以处理高达数百伏高压的设备，都可以受益于氮化镓等技术，使电源管理系统更加高效和规模化。
（下载白皮书：GaN 将能源效率提升到新的水平。
） 寻找理想的开关 任何电源管理系统的核心都是打开和关闭电源的开关。
它就像墙上的电灯开关，但速度快数百万倍，尺寸小数百万倍。
效率（低损耗）、可靠性、集成度和经济性是半导体功率开关的关键属性。
我们不断寻找理想的开关。
理想的开关能够以非常小的“导通”电阻传导电流，并以尽可能少的泄漏阻止电流，同时阻止在关闭状态下其端子上的视在电压。
更高的开关频率还意味着工程师可以设计更小的整体电源转换解决方案。
最重要的是，半导体开关的制造必须可靠且具有成本效益。
几十年来，硅功率开关在效率、开关速度和可靠性方面不断提高。
这些器件已成功解决低电压（亚伏）或高电压容差（IGBT 和超级结器件）中的效率和开关频率问题。
然而，由于硅的限制，不可能在单个硅功率 FET 中提供所有这些功能。
GaN和碳化硅（SiC）等宽带隙功率晶体管有望在高电压和高开关频率下提供高功率效率，远远超过硅MOSFET产品。
GaN 可以为您做什么 高效高频开关可以将电源模块的尺寸减小 3 到 10 倍，具体取决于应用，但需要优化的驱动器和控制器拓扑。
图腾柱 AC/DC 转换器是一种硅不适用的拓扑，受益于 GaN 的低导通电阻、快速开关和低输出电容，可提供三倍高的功率密度。
零电压和零电流开关等谐振架构可以降低开关损耗并提高整体效率，也可以受益于 GaN 卓越的开关特性。
许多应用需要将电源从相对较高的电压（数百伏）转换为较低的电压，以为处理器等电路组件供电。
具有高输入输出电压比的开关模式电源转换器效率较低。
这些电源管理模块通常涉及多个转换级。
直接从中间 54/48 伏总线转换为处理器核心电压可降低成本并提高效率。
由于其独特的开关特性，氮化镓是直接转换架构的有力候选者。
目前正在研究数据中心应用服务器电源管理的直接转换。
此外，自动驾驶汽车的激光雷达驱动器、无线充电和 5G 基站中的高效功率放大器包络跟踪等应用可以受益于 GaN 技术的效率和快速开关。
GaN功率器件降低了传导损耗，并伴随着更高的开关频率，从而产生更高的功率密度。
但热管理和寄生效应无法扩展！将更多功率集中到更小的体积中给散热和封装带来了新的挑战。
较小的芯片面积限制了传统封装技术的效率。
三维散热是 GaN 封装的一个有前途的选择。
更环保的生活为了打破成本和大规模采用的周期，新的功率半导体技术需要解决现有设备在最引人注目的应用中的一些缺点。
氮化镓为功率调节技术的进步创造了机会，其在高压应用中的贡献远远超过硅。
工业电机驱动器或并网储能系统中使用的逆变器可以极大地受益于 GaN 器件提供的更高密度。
GaN 还提供其他独特的未开发特性，可以为未来的电源管理提供新的价值和机会。
与典型的 PN 结 MOSFET 不同，GaN 器件的双向结构可以使用双栅极结构来控制电流。
用于电机驱动的矩阵转换器可以通过利用双向设备来减少开关的数量。
此外，氮化镓器件可以在比硅器件更高的温度下工作，这使其成为集成电机驱动等许多流行应用的有吸引力的选择。
GaN 等突破性技术的长期影响是巨大的：较低的功率损耗意味着我们不需要许多新的发电厂来满足不断增长的电力需求。
更高的功率密度意味着更高的集成度。
电池供电的电路，例如电动汽车、无人机和机器人中的电路，可以更高效地运行更长的时间。
数据中心将更高效地运营，利用数千台服务器帮助我们与朋友和同事联系。
我们将能够过上更加环保的生活。
其他资源：查看 TI 的 GaN 解决方案组合。
阅读我们的新白皮书：GaN 将能源效率提升到新的水平 阅读我们关于 GaN 和 SiC 功率工艺的白皮书：GaN 和 SiC 可以提高电源的功率效率 阅读：使用集成驱动器优化 GaN 性能。
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