GaN Systems Consumer Articles

无线电源成为全球会议的热门话题

在最近举行的无线电源周(WPW),工研院(台湾工业技术研究院)和CES会议上,许多公司展示了无线电源技术的可行性,去除电源线的解决方案以及如何满足客户在功率水平,能效, 成本和性能方面的要求。 会上展示的这些解决方案的共同点是易于使用和实施。 对许多无线电源应用的测评也令人大开眼界。 很多人在讨论无线电源这个话题时,都会想到手机, 它确实是无线电源应用的绝佳场景。 但是,除了手机以外,无线电源的应用场景还有很多, 比如像无人机,机器人,电动自行车,脚踏踏板车,摩托车踏板车之类的产品。 使用无线电源的动力来自于市场应用。 目前引起关注并取得一定成功的市场应用包括用于仓储,运输,医疗手术,安全,清洁和修剪的机器人和应用于医疗,农业,建筑,公用事业,保险,油气和房地产, 以及安全市场的无人机,这些无人机具有不断扩大的航程,更好的视觉系统和改进的热像仪; 第三个应用领域是微动性; 随着越来越多的人使用非常规或更便捷的交通方式,无线充电在电动自行车和踏板摩托车应用方面取得了增长动力。 当我在近期的网络会议上收听和观看发言时,我注意到以下几个趋势:人们对生态系统内无线电源的发展高度关注,感到兴奋和坚决支持,大量创新以及成熟的技术表明我们 已经非常接近于清除无线电源主流化的障碍。 这些演讲和讨论也进一步证明,目前应用于手机的无线充电技术并不能使我们满意。 目前的低频无线功率传输(WPT)技术具有低功率,充电缓慢和效率低的缺点,它需要精确定位并具有其他一些使用上的限制。 我们想要的无线充电技术应该具有高功率,快速充电,高效率,随意放置,支持多设备充电以及功率级别适合所有市场(瓦到千瓦)的特点。 氮化镓功率晶体管的实现是高频无线充电技术走向成熟的重要推动力。 要实现我们想要的随意放置或者能够在远距离充电的空间自由度,就必须保持高能效,这要求在ISM(工业,科学和医学)频段(通常为6.78或13.56 MHz)中以高频进行操作。 因此,传统的硅晶体管不适合,而GaN晶体管是首选的半导体。 目前,由于旧技术的局限性,人们对无线电源产生了一些负面看法。但是,随着科技公司们在其产品中逐渐采用和实施高频无线充电系统,我们将开始看到更多我们想要的东西。

由氮化镓驱动:飞利浦SPS2316G / 93,2C1A 65W 氮化镓充电器

2020年是氮化镓充电器的重要年份,今天我们发布的飞利浦多端口65W 氮化镓快速充电设备证实了这一点 这款65W充电器是飞利浦2C1A 18W的下一代产品,与以前的版本相比有很大改进。它结构紧凑,提供更高的功率和更快的充电时间-所有对消费者而言具有重要作用,凸显了氮化镓为什么已成为电源适配器和充电器中首选技术的原因。 充电器采用现代流行的六角形设计,包括三个交流电源插座和三个USB端口(两个USB-C和一个USB-A),使其成为可以替代多个充电器的“多合一”设备。性能测试表明,它可以同时为三个终端设备充电,同时还可以为三个220V设备供电。   充电器优势: 体积小:在适配器和充电器电路设计中使用氮化镓功率器件,可以使设备更轻巧,并且电流尺寸减小多达5倍。该款飞利浦充电器的尺寸为61x65X65毫米,比传统解决方案小75% 更高的功率:飞利浦充电器可以支持高达2500W的直通功率。该设备可以为为手机,笔记本电脑等设备充电同时为更高功率充电器,风扇,扬声器,电视等的各种设备供电。 更快的充电速度:充电器的USB接口支持65W(USB-C)和60W(USB-A)大功率快速充电协议。 两个USB-C单端口的输出性能相同,并支持45W + 18W双端口充电模式,该模式可以对全功率的设备同时快速充电 其他优势: 尽管消费者可能不会考虑温度和稳定性等内在因素,但制造商会谨慎考虑。报告中的其他要点包括: 在温度测试中,充电器当前的最高温度达到71°C。这远低于充电器不超过最高95°C的标准要求,这表明充电器可以安全使用。 纹波电流远低于最大标准200mV 为了实现高性能和功率密度,飞利浦充电器使用氮化镓系统公司(GaN Systems)的650V 增强型氮化镓功率晶体管 (GS-065-011-1-L)。这款高性能,低成本FET采用5×6 mm PDFN小型封装,并具有低结壳热阻,可实现超高开关频率和高效率输出。通过将GaN Systems 公司EZDrive™ 电路实现与安森美半导体NCP1342控制器完美结合,充电器的电源设计得以简化,避免了“双驱动”,并实现了低成本。 有关Philips 65W 氮化镓充电器的更多信息,请参 阅拆卸报告 。如果您有兴趣了解有关GaN Systems 65W QR充电器参考设计的更多信息, 请访问此页面。

氮化镓系统公司秋季评论

当我们即将告别 2020 年的最后一个季度时,我脑海中浮现出三个词来形容 这刚刚过去的一年,它们是颠覆性,韧性和创新性。 Covid-19 大流行加速了 每个行业(从供应链到实验室运营)的前所未有的颠覆性浪潮。 每个公司都 必须做出反应,将重点放在增强韧性上,同时继续创新并将重要的新产品推 向市场。这在 氮化镓系统公司(GaN Systems)也得到体现,我们欣慰地看 到氮化镓晶体管的使用已从早期的小众产品跃升为被各行业接受的主流产品- 我相信这一转变将在 2021 年继续加速。 新产品,设计工具和参考设计 在过去的 90 天内,氮化镓系统公司(GaN Systems)推出了四个新的电源模 块评估套件: 100V 驱动器 GaN –集成式 DC / DC 功率级模块 650V 150A 半桥 IPM 650V 150A 全桥模块和驱动器 650V 300A 三相 GaN 电源模块和驱动器 以及面向汽车市场的下一代 650V 晶体管。 新模块的设计易于使用,并可以 在大功率应用中评估其性能,例如牵引逆变器,工业电机,储能系统,PV 逆 变器以及各种低功率板和砖式电源。 650V 晶体管是我们面向汽车市场的下 一代 650V,60A 晶体管系列中的第一款产品,旨在满足汽车可靠性标准,包 括…

氮化镓系统公司发布一系列12V D类音频放大器参考设计来满足高性能音频需求

2020年7月28日,加拿大安大略渥太华 – GaN(氮化镓)功率半导体的全球领导者 氮化镓系统公司(GaN Systems) 今天发布了该公司的最新技术手册,标题为“使用GaN功率晶体管的12V高效音频参考设计”。 开发该技术手册是为了响应2020年5月广受好评的GaN Systems D类音频放大器评估套件的发布,以及系统设计工程师客户对12V市场中用于汽车,船舶,动力运动和其他电源应用的设计的日益增长的兴趣。 现在,从专业音响,家庭音响到便携音响的所有细分市场中,高质量音频都是“必不可少的”。 带有GaN的D类音频系统不仅更小,更轻,而且提供了更好的音质。 新技术手册使用氮化镓系统公司(GaN Systems) 的D类音频放大器评估套件为12V输入系统提供了几种放大器设计,其中包括2通道,每通道200W(8欧姆)D类音频放大器和配套的400W,连续功率音频等级的SMPS,其中包括: 单相和双相12V升压转换器设计既支持“直接” + 12V至+ 18V单轨电源,又支持“增强型” + 12V至+ 18V单轨电源配置。 直接+ 12V至+ 18V VIN电源至+/- 32V VOUT升压转换器设计支持“直接” + 12V至+ 18V VIN电源,并在保持所需音频性能的同时,对最佳的成本与功率输出进行了平衡。 在音频系统中,提供更多的功率和更多的通道通常意味着增大尺寸和重量,并牺牲声音质量。 借助氮化镓技术,设计人员可以在小型,轻巧的解决方案中提供更多的功率,更多的通道,更好的音质。 该技术手册以及上述D类放大器和电源套件以及白皮书 “观看,感受并聆听GaN D类放大器和配套 SMPS的与众不同” 可在gansystems.com上找到。

是什么在推动GaN半导体大众市场的吸引力?| 网络研讨会

GaN是如何彻底改变有线和无线电源设备的 主持人:加拿大氮化镓系统公司战略营销副总裁Paul Wiener 先生 该网络研讨会涵盖了GaN功率半导体如何成为有线电源应用的首选电源解决方案,以及GaN如何在无线电源应用中实现同样的功能。 GaN晶体管的进步及其在市场中的采用,消除了与GaN相关的风险,成本和可靠性的一些误知。应用示例通过审查,以验证GaN的接受度和性能。然后,网络研讨会展示了GaN的高频性能优势和成熟度如何从根本上推动无线电力用例和应用。

氮化镓系统 (GaN Systems)氮化鎵功率器件在快充市場的應用

摘要: 氮化鎵成爲電子行業的熱門技術,圍繞氮化鎵的產品、可靠性和解決方案是目前業界關注焦點。本文將探討充電器的技術發展趨勢和氮化鎵(GaN)功率器件在高功率、小型化需求下的巨大市場前景,然後從器件性能、可靠性和解決方案三個方面表明氮化鎵系統 (氮化镓系统 (GaN Systems)) 公司爲終端客戶提供更低成本、更高可靠性和更完整的氮化鎵功率器件產品及系統解決方案。 1. 市場前景 2020年是消費類充電器特別是快充市場快速發展的重要年份,隨著市場不斷成熟和趨勢日益明確,消費者對小尺寸和大功率快速充電器需求越來越大,市場前景巨大。其中兩個重要技術指標就是高功率密度和高效能。高功率密度體現在同一額定功率下的小體積,而高效能體現在節能環保和更低的工作溫度上。氮化鎵器件由於具有極高的開關速度、同一晶圓下的小通態電阻,使得更高效能和更高開關頻率快速充電成爲可能。2020年内置氮化鎵器件的快充技術進入快速發展階段,根據行業調查顯示,作爲消費類電子風向標的手機行業中,目前已經有華爲,小米,OPPO等多個知名品牌推出了基於氮化鎵快充產品。電商方面,更有多達20家品牌先後推出氮化鎵基快充產品。 圖一總結了兩個主要功率段下充電器的主要電路和功率密度以及效能指標要求。對於75W以下(30W-65W)充電器,目前主要電路為單端准諧振(Quasi-Resonant, QR)反激或有源箝位反激(Active Clamp Flyback, ACF)兩種電路。最高效能指標要求接近94%,功率密度要求20W/in3。高於75W(100W-300W)充電器,目前基本采用兩級電路方案,前級是功率因數校正電路(PFC)后級為LLC諧振或其他隔离DC/DC電路。目標最高效能要求達到95%,功率密度要達到22W/in3以上。與傳統矽(Si)基功率器件相比,新材料的氮化鎵器件具有更高的性能,為充電器特別是快充產品的小型化和高效能帶來可能。   2. 氮化鎵器件與矽基器件的比較 氮化鎵器件由於其寬禁帶特點,它的主要優勢在於高開關速度和低開關損耗上,另外對於同一晶圓大小的功率器件,氮化鎵功率器件具有低於矽基器件的通態電阻。系統層面可以帶來更高效能,更低工作溫度和更小體積,因此非常適用於小體積、高功率密度的充電器產品設計。表一總結了已量產的氮化鎵功率器件與目前市場上最優的矽基MOSFET的比較。可以看到,氮化鎵器件在具有較低的通態電阻下,同時兼具更低的驅動電荷Qg、漏柵極電荷Qgd和輸出能量Eoss,使得高頻率高效能成爲可能。 圖二是典型的准諧振(QR)反激電路拓撲,由於它的低成本和較高可靠性,多用於充電器電路中。在該電路中爲了提高充電器的功率密度,一個直接的方法就是增大開關頻率來降低變壓器等元件的尺寸。然而提高開關頻率以後必然帶來額外的器件開關損耗和溫升。QR反激電路主要有兩個與開關頻率相關的損耗,頻率越高相應損耗越大: 在功率器件關斷瞬間原邊電流達到峰值電流,功率器件在硬關斷過程關閉,存在電壓電流交曡的關斷損耗。它可以由器件驅動電荷Qg和漏柵極電荷Qgd參數來評價。 在器件開通時刻,由於此時電流基本為零,因此不存在開通電壓電流交曡開關損耗,但QR反激電路在高壓交流電壓輸入(230Vac)條件下器件開通瞬間漏源極電壓並不為零,所以存在由於内部寄生電容放電產生的放電損耗。它可以由寄生電容對應的輸出能量Eoss參數來評價。 評價一個功率器件特性重要指標是品質因數(Figure Of Merit,FOM),它綜合評估器件的通態和開關特性,越小的FOM代表越優的器件性能。其中 Input FOM表明了器件在同等通態電阻下器件的開關過程中電壓電流交曡損耗,它是硬開關電路評估器件的最重要指標,例如QR反激電路的關斷損耗就可以用這個指標來比較。如圖三所示,在相近通態電阻(50-60毫歐)條件下,氮化鎵器件的漏柵極電荷Qgd僅爲矽基器件的6%,導致開關過程中氮化鎵器件電壓電流交曡損耗遠小於矽基器件,約爲矽基器件的五分之一。 QR Flyback FOM表明QR反激電路中在同等通態電阻下器件在200V下寄生電容產生的放電損耗,這裏電壓條件為200V是因爲,當輸入交流電壓為高壓230Vac條件下,QR反激電路功率器件漏源極電壓約爲200V條件下開通,將在此條件下產生寄生電容影響的開通損耗。圖四可以看到,在相近的通態電阻下,氮化鎵器件的Eoss僅爲矽基器件的60%左右,導致開通電容放電損耗遠低於業界最好的矽基器件。 因此總結表一和上面分析:氮化鎵器件在各方面器件性能上均優於矽基MOSFET器件,適用於高頻化高效應用,實現最佳性能。   3. 氮化鎵產品及可靠性 作爲一位研發工程師,在研發充電器產品時主要關注以下三個方面:第一是產品的可靠性,代表器件在產品壽命中具有高的可靠性和低的失效率,滿足產品的設計壽命;第二是低成本,除了器件自身成本以外,還需要考慮整體的BOM成本和生產成本;第三是產品能夠快速推向市場,縮短產品設計周期。 氮化镓系统 (GaN Systems)一直致力於優秀氮化鎵功率器件的研發和生產。目前已經擁有業界最全產品覆蓋範圍,最高工作電流和最優封裝的氮化鎵產品綫。其中針對快充市場推出了650V 5×6毫米 PDFN封裝的氮化鎵器件,通態電阻從150毫歐(GS-065-011-1-L)到450毫歐(GS-065-004-1-L),它可以用於30W到300W的充電器產品中。 在可靠性方面,氮化镓系统 (GaN Systems)嚴格按照超過JEDEC標準的產品認證流程,表二給出了部分測試高於JEDEC標準的測試項目和延長測試時間的倍數,同時基於氮化鎵器件自身特性還增加了多個額外可靠性測試項目,比如高溫開關動態壽命測試。這樣可以保證氮化鎵產品的可靠性和長工作壽命。圖五比較了氮化镓系统 (GaN Systems)氮化鎵器件與同類氮化鎵器件在准諧振(QR)和有源箝位反激(ACF)兩種電路的失效率,該失效率數據是居於業界通用方法,在實測高溫高壓數據下通過韋伯圖(Weibull Plot)得到相關加速因子,進而預測出在實際產品工作壽命下的失效率。可以得出結論     4. 帶EZDrive電平轉換電路的氮化鎵驅動方案 對於增强型氮化鎵器件驅動,開通推薦電壓為6V左右,關斷推薦電壓可以為0V到-10V,而傳統的帶驅動的充電器控制IC輸出驅動電壓一般為12V,因此爲了和控制IC的驅動電壓配合,需要進行驅動電壓的電平轉換。爲此氮化镓系统 (GaN Systems)提出了低成本的EZDrive電平轉換電路,如下圖所示,通過簡單的四個小分離元件(RUD, CUD, ZDUD1和ZDUD2)實現了驅動電壓的轉換,采用該電路后氮化鎵器件驅動實測波形VGS沒有任何過冲和干擾振蕩。 采用EZDrive電平轉換電路配合氮化鎵器件驅動的另一個優勢在於其驅動電阻Ron和Roff外置,如圖七所示,可以通過驅動電阻來控制漏源極驅動電壓斜率dv/dt進而優化EMI設計。和其他單晶片集成驅動GaN方案相比,氮化鎵器件加上EZDrive電平轉換電路具有更強的靈活性,並充分利用控制IC内部集成的驅動實現了低成本驅動氮化鎵器件,同時由於驅動電阻外置,可以控制開關dv/dt斜率進而優化電磁干擾(EMI)設計。…

氮化镓系统 (GaN Systems)公司氮化镓器件在快充市场的应用和发展

刘学超博士将首先介绍快充行业功率、尺寸和效率的趋势,然后介绍了氮化镓系统(氮化镓系统 (GaN Systems))公司针对快充市场的小体积、低成本、高可靠性和易用解决方案,其中包括了氮化镓系统(氮化镓系统 (GaN Systems))公司高功率密度65瓦准谐振(QR)和300瓦 PFC+LLC的参考设计。

基于 GaN 的高频 LLC 谐振变换器的设计考量

本文针对高频 LLC 谐振拓扑将氮化镓(GaN)功率器件与硅基超结 MOSFET(Si SJMOS)和碳化硅 MOSFET(SiC MOS)进行对比,评估了 GaN 功率器件在性能上的优势。文章首先比较了实现高效率和高功率密度 LLC 谐振变换器的关键器件参数。然后,对基于 GaN,Si 和 SiC 的 3KW LLC 的损耗和效率进行分析,最后定量得出结论:基于 GaN 的 LLC 具有明显性能优势, GaN 功率器件对于实现高密度和高效率 LLC谐振变换器具有重要的价值。 作者:加拿大 氮化镓系统 (GaN Systems), 刘学超 介绍 伴随着更高功率密度,更小尺寸和更高效率的明显趋势,高频 LLC 谐振变换器是工业隔离 DC / DC 拓扑的极佳解决方案,例如笔记本适配器(> 75W),1KW-3KW 数据中心电源和车载充电器(OBC)等。图 1 以半桥 LLC 谐振变换器拓扑电路为例,其开关频率分别为 100KHz 和 500KHz。在 500KHz 频率条件下,无源谐振元件(变压器,谐振电感器和谐振电容器)的尺寸大大减小,提高了功率密度。然而在高频条件下,需要考虑功率器件(Q1 和 Q2)的选型,以权衡效率和功率密度。 当前,GaN 功率器件技术已在市场上确立了成熟的地位和强劲的未来发展势头,尽管在硬开关应用中使用 GaN 可以显着提高效率,但在软开关拓扑中通常研究对比较少,文章将对基于…

基于氮化镓的高频图腾柱 PFC 优化设计

氮化镓功率晶体管可提高电力电子系统的功率密度和效率。本文针对无桥图腾柱PFC 提出了开关频 率和滤波器相关设计指南,以验证氮化镓功率器件在系统级的优势。 作者:加拿大氮化镓系统 (GaN Systems) 公司 刘学超(Jimmy Liu),Paul Wiener 引言 众所周知,氮化镓功率器件为电力电子系统提高频率运行,实现高功率密度和高效率带来可能。然而,在高频下需要对EMI 性能进行评估以满足EMC 法规(例 EN55022 B 类标准)要求。为了达到此目标,本文提出了针对连续电流模式无桥图腾柱功率 因数校正电路(PFC)的EMI 滤波器设计流程。针对功率密度 增加带来的效率影响,将导致功率密度和效率之间的权衡,本文将氮化镓基无桥图腾柱PFC 与传统硅基PFC 进行了数据对比,并提出了采用基于氮化镓器件的图腾柱PFC 最佳范围来权衡功率密度和效率。 EMI 建模和滤波器设计 如图1 所示是单相无桥图腾柱PFC 的基本原理图。为了满足EMI 标准,在拓扑结构和交流电源之间需要添加EMI 滤波器,以衰减高速开关过程产生的噪声。文献[1] 已经对该拓扑进行了详细讨论。与传统的升压PFC 相比,由于省略了桥式二极管导通损耗,图腾柱PFC 系统的设计效率非常高。其中蓝色晶体管代表高速桥臂,一般采用宽禁带器件(例如GaN 功率器件)。主要原因是氮化镓器件具有零反向恢复(Qrr = 0),使得在高频换流过程中高频桥臂的开关损耗大大降低,所以可以采用连续电流模式对图腾柱PFC 进行设计,满足中大功率变换的需求。除了显着降低开关损耗外,氮化镓器件的零反向恢复还大大减少由高频换流di / dt 引起的EMI 噪声产生,特别是对于辐射噪声,可以参考文献[2]。本文下一部分将重点讨论高频连续电流模式图腾柱PFC 传导噪声的EMI 建模方法。   如图2 所示,EMI 噪声是通过连接在交流电源和被测设备(DUT)之间的线路阻抗稳定网络(LISN)进行测量。 EMI 测试接收器连接到LISN 的输出,以便与标准定义的限定值进行比较。该LISN 实际上相当于一个高通滤波器功能,目的是将高频噪声电流捕获到RC(0.1μF +50Ω)测试路径中被测设备产生的EMI 噪声可以由EMI 测试接收器通过50Ω 电阻测量。同时,LISN…

2020年 电力技术趋势

氮化镓系统 (GaN Systems)展望2020年与电力电子相关的改变游戏规则的技术 在过去的几十年里,“电力”这个主题一直被视为一种挑战,其主要集中在渐进式的改进上——无论是通过技术、政府法规,还是通过改变消费者的行为。 数据和能源是公认的全球经济增长的动力。 而且两者的需求都以前所未有的水平增长。 全球数百万个数据中心每天产生2.5亿个字节的数据,而在仅五到七年的时间里,预计其数据将以5倍的速度增长,这使数据消耗达到了前所未有的高度。 这些数据中心每年要消耗天文数字般的416太瓦/小时,以跟上这一需求。 在过去十年中,全球电力需求增长了近三分之一。 业内分析师预测,到2050年,全球电力需求将增长57%。 如今,对电力行业逐渐增加的依赖性使得能源效率已成为一项战略举措,例如数据中心,电动汽车,可再生能源系统,工业电机和消费类电子产品。 企业如何选择产生,存储,交付和使用电力,将成为2020年全球变化的重要动力。 在过去的一年中,在与企业领导者的对话中,我们对于氮化镓系统 (GaN Systems)比以往任何时候都更加确信,昔日的硅已经达到了解决关键电源系统挑战的极限。 GaN(氮化镓)技术是无可争议的清晰解决方案,可用于推动更强劲的增长和产品创新,并使公司能够加强对话并更深入地参与可持续发展计划。 随着年末的临近,GaN功率半导体的全球领导者氮化镓系统 (GaN Systems)揭示了2020年的四个趋势,我们认为这将对世界的功率和能源足迹产生重大影响。 趋势一: 电动汽车 在2019年,越来越明显的是,不久的将来交通运输将围绕电动汽车发展,从长远来看也将围绕电动汽车发展。 如今,全球道路上有510万辆电动汽车。 考虑到作为“燃料”电动汽车所需的电量。到2035年,预计将有1.25亿辆电动汽车上路。这将对全球能源网造成巨大不利影响。充电器和牵引逆变器的设计演变将在2020年在汽车设计工作室中扮演重要角色,然后在随后的几年中推向公共道路。 为了解决长期存在的“范围焦虑”问题,公共充电站的数量将继续增加,并将越来越关注太阳能和插头标准化。 电动汽车: 电动汽车的需求将继续以燃油效率压力和续驶里程为消费者需求的中心。 大型汽车制造商的设计将着重于提高效率,功率密度和减轻重量,着重于充电器和牵引逆变器。 电池技术将继续改进,然后与重量更轻的车辆相结合,将有助于增加车辆续航里程和消费者接受度。