以手机快充为例,今天,我们的手机变得越来越强大,同时也要求给手机充电的适配器往更大功率、更高功率密度方向发展。而GaN的高频、高效特性正好满足此要求。
与传统Si MOSFET相比,GaN具有以下优点:
1、低Qg/Ciss:开断速度快;开关速度快,减少开关损耗;
2、低Coss/ qss:开、关速度快,开关频率高,减少开关损耗;
3 、Qrr=0:无反向恢复损失(无体二极管),降低开关噪声,更好的EMI性能;
4 、低 RDSON: 降低传导损耗。GaN的这些优点使得采用GaN的适配器尺寸更小、效率更高。
Scheme 1:SMPS——33W QR Flyback | |
拓扑名称 |
QR Flyback |
输入电压范围 |
90-264Vac |
输出 |
3.3V~20V,11V/3A(max) |
工作频率 |
120KHz@230Vac |
变压器 |
ATQ1715,JPP95 |
效率 |
92.9% @230Vac & 20V/1.5A |
尺寸 |
26*26*26mm(PCBA) |
功率密度 |
30.8W/in3 |
应用产品 |
INN650DA04 |
控制方案 |
JW1515H+JW7726B |
Scheme 2:SMPS——65W QR Flyback | |
拓扑名称 |
QR flyback |
输入电压范围 |
90-264Vac |
输出 |
20V/3.25A |
工作频率 |
135kHz @230Vac |
变压器 |
ATQ23.7,JPP95 |
效率 |
94.1% @230Vac & 20V/3.25A |
尺寸 |
48.7*27*26mm(PCBA) |
功率密度 |
31W/in3(PCBA) |
应用产品 |
INN650DA260A |
控制方案 |
NCP1342+MP6908A |
Scheme 3:SMPS——120W PFC+ACF | |
拓扑名称 | Boost PFC+ACF |
输入电压范围 | 90-264Vac |
输出 | 120W max |
工作频率 | 230kHz @120W |
变压器 | ATQ23,NVM02 |
效率 | 94.5% @230Vac & 20V/6A |
尺寸 | 46*46*26mm(PCBA) |
功率密度 | 35.7W/in3(PCBA) |
应用产品 | INN650D150A+INN650D260A*2 |
控制方案 | NCP1622+JW1550 |
与传统硅技术相比,Innoscience的GaN技术具有寄生电容更小、开关速度更快、单位面积导通电阻更小等优点。 应用于无线充电系统时,Innoscience的GaN技术降低了开关损耗和导通损耗,从而使无线充电系统具有更高的系统效率和更长的传输距离。
InnoGaNTM晶体管具有开关速度快、开关损耗低、寄生电容小等优点,是d类放大器的理想选择。 这带来了几个好处,其中包括:更好的音质,更少的发热,更高的效率,更小的电路板面积,从而减小音频系统体积,降低成本,延长便携式系统的电池寿命等。
由于D类放大器工作在开关模式下,晶体管的开关损耗成为影响系统性能的关键,这也是GaN技术常用于音频系统的d类放大器的原因。 首先,与传统的硅晶体管相比,InnoGaNTM晶体管显示:更快的开关速度,更低的开关损耗,更小的寄生电容(Coss),更低的能量存储在输出电容(Eoss),没有反向恢复损耗(Qrr=0,由于没有体二极管)。其次,更低的开关损耗可以增加脉宽调制(PWM)频率,从而降低输出低通滤波器的尺寸和损耗。此外,由于英诺赛科的GaN (InnoGaNTM)器件开关速度快,可以减少PWM的死区时间,有助于减小输出信号谐波,提升音质。
过电压保护(OVP)单元功能是当输入电压超过设定值时,通过关闭保护单元来保护主系统。 手机或笔记本电脑中每个单元的大小是至关重要的,InnoGaNTM晶体管使OVP单元比硅技术制造的要小50%。这是通过用一个InnoGaNTM双向晶体管替换两个MOSFET器件实现的。事实上,得益于氮化镓无体二极管的特性, InnoGaNTM可以实现双向关断。同时,与硅MOSFET相比,由于InnoGaNTM较低的导通电阻,降低了系统的整体损耗 ,产生的热量更少,因此可进一步提高了充电效率。
Bi-GaN | |
Part Number | INN40W08 |
Configuration | Single |
VDD(Max)/V | 40 |
ID( continous current , max)/A | 15 |
RDD(on)(type)/mOhm | 5.5 |
Package(mm) | 2X2 |
硅技术很难满足电机驱动器更高功率密度的需求,如直流无刷电机。 与传统硅技术相比, InnoGaNTM 由于没有体二极管,器件具有更低的开关损耗和无反向恢复电荷。 由于这些性质, InnoGaNTM 有可能将PWM频率提高,使逆变器的输入滤波器可以被简单廉价的陶瓷电容器替代,这也比传统的电解电容器更可靠。 可实现更小、更轻、更便宜、更可靠和更高效的电机驱动器。
随着5G的快速发展,消费者将获得更高的带宽、更低的延迟和更先进的服务,但这也将导致基站的电力消耗急剧增加。InnoGaNTM 为5G基站提供高效、小容量的供电系统,从而降低其功耗。 这是由InnoGaNTM 器件优异的参数特性所决定,如寄生电容小,开关速度快,静、动态损耗小。
用于中大功率的传统硅LED驱动器体积大、结构复杂、成本高。 InnoGaNTM 开关速度比传统硅FET快8倍以上,开关损耗可降低高达70%。此外,由于InnoGaNTM 的栅极电荷(Qg)为硅器件的1/12, 当在更高开关频率(如400KHz)切换时, InnoGaNTM 技术可以减少90%的驱动损耗。 此外,由于没有体二极管, InnoGaNTM 器件没有反向恢复损耗,可实现更好的EMI性能。这意味着InnoGaNTM 技术不需要像硅技术那样需要电容来降低EMI,从而节省了成本和额外的损耗。 LED驱动采用 InnoGaNTM 器件可实现更小的开关损耗,更高的效率,更高的开关频率和驱动器尺寸的整体减少,变得更小和更薄。
200W/(LED Driver) | |
Topology | Boost PFC+LLC |
Input voltage range | 180-264Vac |
Output | 47~49V,CC 4.2A,TYP 48V |
LLC working frequency | 300kHz @Full load |
Transformer | ER25/12,TP5 |
Efficiency | 96% @230Vac & CC4.2A 48V |
Size | 196*35*13 mm(PCBA) |
Power density | 35W/in3(PCBA) |
Application products | INN650D150A+INN650D260A*2 |
目前,光伏(PV)系统等绿色能源被广泛应用,以实现低碳排放和绿色发展。同时,这种能源还需要与能量储存系统相结合,以便在夜晚也有能量可以使用。 InnoGaNTM 器件具有优异的性能,如静态和动态损耗低,寄生电容小,开关速度快,支持高频等。 InnoGaNTM 优异的器件性能可以有效提高光伏系统的效率。其次,功率转换系统以更高的频率开关,产生更干净的正弦波。这导致了无源元件的显著减少,从而降低了整体系统的尺寸、重量和成本,通过消除电解电容器,系统也变得更加可靠。 而且,由于同样的原因 InnoGaNTM 使储能转换系统实现低能量转移损失和高效的能量转换。
数据中心在能量转换系统中浪费了大量的能量,我们将需要数百个核反应堆来运行数据中心。 InnoGaNTM 对于提高供电机架各功率转换级的效率和减小功率转换级的尺寸起着关键作用。 例如, InnoGaNTM 装置减小了传统48V到12V或5V电源转换的体积,提高了效率,还可以实现48V到1V的直接电源转换。后者非常重要,因为它可以消除使用传统硅技术时需要的多级转换器。 基于英诺赛科 GaN技术的电力转换系统总体上更高效,从而消耗更少的能源,这意味着更少的污染和更低的能源账单。由于InnoGaNTM 高频率的能力,允许无源元件收缩的器件(从而为计算单元留下更多空间),以及使用陶瓷电容器代替更容易故障的传统电解电容器,使系统更紧凑和可靠。
300W LLC | |
拓扑名称 |
LLC |
输入电压范围 |
36-60V |
输出 |
300W |
工作频率 |
915kHz |
效率 |
97%(Peak value) 95.5%(300W) |
尺寸 |
27mm*18mm*6mm |
功率密度 |
1700W/in3 |
应用产品 |
INN100W12*4 |
控制方案 |
UCD3138 |
OBC是电动汽车的核心部件,它将来自电网的交流电流转换为为电池充电所需的直流电压。OBC效率对电动汽车充电速度有显著影响:效率越高,充电时间整体越短。 此外,还需要增加OBC系统的整体功率密度,因为这意味着更小、更轻的系统,这对车辆总重量的影响更小(即更长的行驶里程)。 汽车厂商已经意识到,传统硅功率器件制造的obc的效率和功率密度已经达到了极限。 由于固有属性 InnoGaNTM 器件,如寄生电容小、开关速度快、高频能力强、静态和动态损耗小等,使OBC系统的效率更高。此外,通过在更高的开关频率下操作OBC系统,可以缩小无源元件,从而获得更紧凑、更轻的系统。此外,更高频率的操作还可以使用小型和可靠的陶瓷电容器(而不是传统的笨重的更容易故障的电解电容器)。
汽车为用户提供越来越多的交互功能、显示器、传感器等。因此,越来越多的电子设备需要提供动力,这就要求一个高效的动力分配系统。由于这个原因,汽车工业正在从12V总线切换到更有效的48 V总线配电。 48V系统主要由48V电池组、皮带驱动起动发电机(BSG)电机和12V/48V双向DC-DC变换器三部分组成。48V电源系统为车载系统供电,同时用于车辆的自动启停功能。48V电力系统还负责动能回收功能。 这种48V配电系统需要高效、紧凑、轻便的48V DC-DC变换器。 由于InnoGaNTM 优良的开关特性和高频率的能力,可以使48V DC-DC转换器更小更轻,同时通过减少与电感相关的损耗使其更高效。此外,通过高频开关,可以从传统的电解电容器转移到更小、更可靠的陶瓷电容器,从而使整个48V电力系统体积更小且更加可靠。
目前,锂离子电池因其高功率密度而得到广泛应用。然而,当电池在诸如过充/放电、高温/低温、过流/电压等极端条件下工作时,锂离子电池会变得不稳定。因此,BMS通常配备电池保护单元BPU (battery protection unit),当系统检测到异常状态时,BPU会将电池从充电器或负载上断开。 BPU通常由两个背对背的硅NMOS(共源或共漏极)组成,用于充电和放电。得益于InnoGaNTM 器件没有体二极管,因此可以很容易将两个NMOS器件替换为一个 InnoGaNTM , 并且可以实现更低的导通损耗和开关损耗。这节省了成本,使整个系统更简单,更可靠和高效。
基于ToF的激光雷达系统的分辨率和测量距离由系统的激光驱动器决定。 InnoGaNTM 与传统的硅技术相比,晶体管可以同时提供更高的电流(即更长的测量距离)和更窄的脉冲宽度(即更高的分辨率),因此,英诺赛科氮化镓器件是ToF系统更好的选择。