GaN Systems Consumer Articles

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…

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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。

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重要要点：第七届宽带隙能源器件和应用研讨会（WiPDA 2019）

 氮化镓系统 (GaN Systems) 总监Peter A.Di Maso 很高兴出席近日在北卡罗来纳州立大学校园举行的 WiPDA 会议。本周的会议以JEDEC的JC-70宽带隙功率电子转换半导体委员会半年度会议开始。JEDEC是全球微电子行业开放标准制定的领导者，有3000多名志愿者代表近300家会员企业。 JC-70委员会刚刚庆祝其两周年成立纪念，并负责制定有关可靠性和鉴定程序，测试和测量方法以及数据表要素的行业准则。 该委员会的成员由众多带隙行业的领导者组成，他们以饱满的热情为我们做出了贡献，以确保我们不断进步。这促成了关于促进功率转换中采用GaN和SiC的热烈并有效的讨论。 我赞赏JC-70的志愿者。 第二天，我们举行了第七届IEEE宽带隙能源器件和应用研讨会（WiPDA 2019）全体会议。 我特别喜欢ABB公司研究部的. Sandeep Bala 博士关于使用氮化镓的全会发言。。Bala博士谈到了GaN的好处以及他和他的团队如何克服了一些挑战。 参加讨论GaN能源器件市场采用情况以及市场渗透的加速器和障碍的座谈会对我来说是一种荣幸。 与桑迪亚国家实验室（Sandia National Labs）的罗伯特·卡普拉（Robert Kaplar）组成一个多元化的小组，这是令人振奋的，研究人员正在研究宽带隙材料，这些材料将取代硅成为能源半导体行业的骨干力量，从而有效地打破了壁垒。 JC-70.1 GaN小组委员会联合主席Tim MacDonald强调，用户处于学习曲线上，而JC-70.1正在帮助加快这一曲线。 此外，来自德州仪器（Sandeep Bahl）和英飞凌科技（Alain Charles）的代表也参加了小组讨论。 此外，我非常荣幸在会议的最后一天有机会主持有关GaN应用的会议，并展示了里昂大学和阿肯色大学等大学的充满智慧的论文。 最后，我介绍了GaN Systems的Lei Kou博士关于GaN在低频应用中的优势的论文。 总而言之, 毫不夸张地说GaN已经成为新的能源电子设计的主流。它不仅是处于发展讨论的最前沿。 工程师了解性能优势，而管理层则了解经济利益，了解使用GaN的好处。

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Top vendors brewing energy efficient 5G kit

Article: Top vendors brewing energy efficient 5G kit

Read the full article, originally published October 14, 2019, by Diana Goovaerts, on MobileWorldLive.com. An executive at semiconductor maker 氮化镓系统 (GaN Systems) tipped global equipment vendors to begin production of more power efficient 5G kit in 2020, a move which could potentially save operators millions on energy costs. Paul Wiener, 氮化镓系统 (GaN Systems)’ VP of strategic…

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Paul Wiener addresses the Airfuel Members Meeting

全球无线充电–全速前进

9月，我参观了世界各地，参加了无线电源会议和客户讨论。 我的第一站是在台湾的ITRI无线电源研讨会，那里的行业专家如分析公司 IHSMarkit 回顾了无线电源的增长以及对未来增长的巨大期望。 此外，我参加了许多有关高频无线电源系统技术优势的演讲。 我发现最有趣的是看到平板扬声器展示了真实的系统-它们如何工作以及实现无线功率传输的优势。 我的旅程继续前往欧洲，参加了 AirFuel Alliance 联盟成员的会议 GaN Systems已经成为联盟的成员三年了，参加了磁共振工作委员会（MRWC）和市场咨询小组（MAP）。 今年，联盟在会员会议上（这始终是一次很棒的学习和社交活动），邀请非会员参加并分享他们对无线电力的兴趣。 很高兴从助听器到电动汽车之中看到如何以多种不同的方式和应用来实现高频无线电力传输。 AirFuel联盟会议的一些要点集中在： 市场单位预测 所有设备：2023年将达到4B Tx，4.8B Rx 非移动：2023年的2B Tx，1.3B Rx AirFuel联盟成员不断增长– 2019年是有史以来增长速度最快的一年 国际标准组织和OEM行动确认，高频是高效无线电力传输的最佳解决方案 在会议上，我有机会演讲了 (GaN Systems)  的 World Without Wires 报告。对不受有线物理连接限制的全球宇宙的想法（从电力运输到工厂自动化机器人到空中运输的无人机和智能电子设备）的响应非常热烈，参加会议的与会者一致认为，网络共享的需求自从电力发明以来没有发展。 现在是进入无线充电新时代的激动人心的时刻，并向我们展示了“没有电线的世界”的现实。 GaN系统战略营销副总裁  Paul Wiener

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氮化镓系统 (GaN Systems) is featured in EE Times

文章: 氮化镓正在推动功率半导体的发展

This article was originally published on www.eetimes.com on September 24, 2019, written by Maurizio Di Paolo Emilio. 氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)功率半导体器件正逐渐取代硅基器件，这主要是因为使用GaN或SiC功率晶体管可以带来更直接、更高效的储能解决方案。预计到2025年，GaN和SiC市场的总价值将超过30亿美元，并将在可再生能源和电动汽车的推动下大幅增长。我们生活在一个越来越多的数据中心、电动汽车、工业发动机蔓延的世界里。每个人都需要改善他们的能源使用情况。 实际上，由于使用了氮化镓，因此可以制造出比硅基电源效率更高的电源，能够用更少的元件提供更高的电流，从而大大缩小了装载机的体积。 我们采访了氮化镓系统 (GaN Systems)公司战略营销副总裁Paul Wiener，就GaN的挑战和未来的发展进行了采访。氮化镓系统 (GaN Systems)公司在汽车领域等多个工业领域提供各种解决方案。 EE Times：GaN技术可能是当今和未来各种应用中无可争议的明确解决方案。尤其是与其他宽带隙材料相比，GaN的重要性不可比拟。您对GaN技术的应用对市场的发展有何期待？ Wiener： 各个市场的电力需求都在增加，预计全球对电力的需求将从现在的2.5万TWh增加到2050年的3.8万TWh。在行业层面，全球800万个数据中心的能源使用量占全球能源使用量的2-3%，预计这一比例将上升到5%以上。工业电机的能耗占30%，而且还在不断增长，到2040年，电动汽车将成为全球能源消费的大户，占全球能源消费的5%。氮化镓可以减少所有这些系统的损耗。 GaN在推动功率半导体的创新方面具有重要意义。GaN正在满足新的器件要求，即更高的功率和性能、更高的效率和更小的尺寸。 与SiC等宽带隙半导体相比，GaN在成本和材料的可得性、性能以及中低电压要求的设计机会等方面，都提供了更有利的效果。 与SiC相比，使用GaN构建的系统具有更大的功率密度改进。其栅极电荷低、反向恢复为零、输出电容平坦等优点都能带来高质量的开关性能。随着时间的推移，可以轻松预测GaN价格与硅竞争，特别是由于GaN是在硅片上生产的。 现在，我们看到了GaN引领的下一次电源革新。几年前，GaN还停留在大学的研究实验室里，而如今，像Denso、Sonnen和Supermicro这样的知名公司已经描述了GaN功率半导体如何改善他们的系统。许多公司已经在其生产的产品中利用了GaN的优势。同时，GaN生态系统也更加强大。驱动器和磁性件，以及对如何使用它们的理解变得更加清晰可见。 EE Times: 您认为未来有哪些挑战会影响到电力解决方案，您计划如何发展您的成套产品以应对这些挑战？ Wiener: 虽然GaN供电的器件已经开始商业化，但使用这些电压的产品创新空间还很大。因此，100V和650V的GaN器件正在服务于电力系统的当前和近期的需求。 同时，我们还需要不断地追求更高效、更小以及更低的成本。这需要我们不断创新产品设计和封装技术。此外，该生态系统将创造出控制器和磁控器，以利用GaN性能不断提高的优势。 EE Times: 热管理在电力应用中的重要性有多大？能举个例子吗？ Wiener: 热管理是非常重要的。高功率系统中的高效率一直是重点。客户都希望GaN能够帮助他们。例如，在基于硅MOSFET的20kW系统中，95%的效率意味着1000W作为热量被浪费掉，而不是作为功率被利用。而采用GaN后，损耗可以减少50%，从而降低了管理热量所需的成本和面积。 我们通过各种方法来解决这个问题。首先，我们为我们的芯片设计了嵌入式封装，通过有效地将热量从器件中抽出，实现了输出功率的最大化。我们还为我们的器件开发了IMS(绝缘金属基板)系统，以进一步管理高功率应用中的热敏电阻。最后，对于我们的最高电流的器件，包括最近发布的150A器件，这部分是作为芯片产品销售的，这样电源模块公司就可以直接将其封装到他们的模块产品中，以最大限度地进行热管理。 EE Times：电动汽车被认为是一种绿色技术。GaN系统在这个应用中的参与度有多高，你们在改进技术方面做了哪些工作，比如说提高电池电源管理的效率？ Wiener： 氮化镓系统 (GaN Systems)公司在电动汽车和自动驾驶汽车市场上有大量的应用。应用领域包括车载电池充电器(OBC)、DC/DC转换器和牵引式逆变器。在所有这些应用中，客户都表现出尺寸和重量都在3-5倍的范围内减小，运行效率提高了几个百分点。最有趣的是，与硅相比，GaN的系统成本通常不会比硅高。这些改进为电动汽车公司提供了几个好处，包括更长的续航里程的车辆；更小的、更低的成本电池；由于系统更小，也许是风冷而不是水冷，优化的系统在车内的布局也是一个新的设计自由度（图2）。   See this article…

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A World Without Wires

Smart mobile electronic devices have changed the way that we perceive and interact with the world around us. Electric cars, buses, scooters, and bikes are transforming the face of our urban transportation landscape. Autonomous robots in intelligent factories and aerial drones making deliveries are challenging past preconceptions about the ways that we create and distribute…

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文章：“ GaN Systems可以寻求子组件装配战略合作伙伴关系”

本文最初发表于Acuris.com 首席执行官表示，GaN Systems可以寻求子组件装配战略合作伙伴。 总部位于加拿大渥太华的氮化镓能源系统公司GaN Systems可能寻求合作伙伴或资本，以扩大其制造子级组件的能力。 Witham拒绝透露财务数据，但据一份行业报告称，该公司是氮化镓晶体管出货量的市场领导者，整体市场规模为100亿美元。 他说，晶体管已在多个市场中使用，该公司的目标是五种应用：消费性设备充电器，数据中心，可再生能源，工业用电机和电动汽车。

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Using MOSFET Controllers to Drive GaN E-HEMTs

本文最初发表于Bodo的Power Systems 2019年8月号，作者是高级电力电子应用工程师Qiya Yau Qi和GaN Systems应用工程经理Lujuncheng（Lucas）Lu。这里提供一小部分摘要，其余的部分，包括相关的图形和表格，可以通过下载下面的PDF来阅读。       在氮化镓（GaN）之前，硅（Si）MOSFET几十年来一直是适配器应用中功率的标准。结果，市场上许多现有的控制器，包括功率因数校正（PFC）和DC-DC控制器，已经将硅驱动器集成到控制器芯片中。这些控制器已被证明是一种经济高效的完整解决方案。但是，Si MOSFET的劣质因数（FOM）限制了控制器的高开关频率性能，无法满足现代电源系统至关重要的高功率密度要求。 GaN功率晶体管已经证明了其与Si MOSFET相比在高频性能方面的优势，并且继续取得重大进步，包括改善驱动功率晶体管的简易性。增强模式GaN（E-HEMT）由栅极和源极之间的正电压驱动，类似于N沟道Si MOSFET，为驱动器件提供了熟悉的解决方案。 GaN Systems提供了一种解决方案，可轻松使用MOSFET控制器12 V输出电压来驱动GaN 7 V栅极输入，而无需外部或集成的附加驱动器……。  

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GaN Systems在无线能源周上展示GaN如何革新无线充电

来自PowerSphyr，WiBotic，Bumblebee和NuCurrent的客户演示凸显了大功率无线电源传输的创新应用 加拿大安大略省渥太华，2019年6月11日– GaN Systems, GaN（氮化镓）功率半导体的全球领导者将在2019年6月17日至21日在伦敦举行的 无线能源周 上发表演讲并展示由GaN支持的众多创新无线电源传输解决方案。 氮化镓功率半导体正在为消费者和商业设备创造一个没有电线的世界，推动了便利性、智能化和自主性的下一步发展。在本次大会上，GaN Systems公司战略营销副总裁Paul Wiener将在2019年6月18日下午1:45分举行的IEEE MTT-S无线功率传输大会（WPTC）和IEEE PELS新兴技术研讨会联合举办的“无线电源会议”上发表题为“迈向无线世界”的演讲。此外，GaN Systems公司的射频电源和无线电源专家Tiefeng Shi将发表题为“高功率WPT系统的穿墙应用”的海报演讲。 客户展示 GaN Systems将向客户和合作伙伴展示无线充电设备和技术以及设计工具和设计参考。GaN晶体管可实现从30瓦到几千瓦的更高能源级的应用-远远超过传统基于硅的解决方案所能达到的功率——并为多设备充电打开了大门，不仅可以为单个手机充电,也可以同时为笔记本电脑，无人机，机器人，台式电子设备，工业电动工具，电动自行车等充电。 展示包括: PowerSphyr 的多设备双模式充电解决方案 WiBotic 现有的用于空中，移动，航海和工业机器人的300瓦端到端无线能源系统 大黄蜂踏板车的700瓦无线充电系统 NuCurrent 为工业和消费类应用设计的150瓦无线能源解决方案 70瓦的 高效穿墙 应用，可无需打孔和布线从住宅或商业建筑物内部向建筑物外部的设备供电 “我们看到越来越多的公司使用GaN来提高其无线能源传输系统的效率，并克服目前市场上的技术挑战，” GaN Systems公司战略行销副总裁Paul Wiener说, “如今，那些寻找实现无线能源传输的人现在可以从我们的合作伙伴那里获得现成的完整的端到端解决方案，以帮助他们迅速进入市场。” 在此处了解有关GaN Systems的更多信息。

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