GaN FET助力80 PLUS钛金级效率

尽管工业电源（包括数据中心）的形状和尺寸各异，但是它们的共同之处是需要保持安全、高效和稳定。由于工业电源需要在各种负载下，全天候保持高效率，因此80 PLUS认证一经推出就成为许多任务业电源的重要指标。为了提高电源的效率，80 PLUS钛金级电源的设计人员正在寻找650 V GaN FET，实现更小、更快、更凉、更轻的系统，同时降低总体系统成本。

提高效率既是行业的关键性挑战，也是创新驱动力。社会需求压力、欧盟生态设计指令和能效标签法规都要求提高各类工业电源(PSU)的效率。在通信、服务器和工业基础设施领域中，功率转换效率和功率密度至关重要。对于全天候高负荷系统的运营公司，每提高一点效率都会对运营成本产生重大影响。

因此，尽管80 PLUS铜牌和金牌的效率通常足以满足消费类设备的需求，但80 PLUS铂金牌PSU和钛金牌电源带来的额外效率改善，可以大幅降低功耗，从而节省可观的电费。除此之外，针对单路输出电源和多路输出电源的法规也要求进一步提高效率。对单路输出电源和多路输出电源的要求是截止到2019年分别达到80 PLUS铂金牌和80 PLUS金牌级别。到2023年，认证级别还要提高，单路输出电源必须达到80 PLUS钛金牌级别，多路输出电源必须达到80 PLUS铂金牌级别，到2026年，单路输出电源和多路输出电源都必须达到80 PLUS钛金牌级别。

80 PLUS效率标准

选用Nexperia GaN FET进行转换器效率优化

Nexperia GaN FET既能帮助电源制造商提高钛金牌电源的效率和功率密度，还能提高成本效益。首要因素是更好的开关性能，因为较低的Qrr和快速的电流电压转换可以减少开关损耗并提高整体系统效率。其次是更好的系统效率，这有助于减少散热的需求以及封闭环境中的相关运行成本。此外，更小更轻的系统可以更加高效，从而增加设计的功率密度。

我们的共源共栅技术是实现更高效率和更可靠电源设计的另一个原因。这意味着我们的GaN FET不需要复杂和专用的栅极驱动器。实际上，凭借4 V的高阈值电压和0至12 V的驱动电压，它们可以使用实惠的标准栅极驱动器。由于较低的Vsd在反向导通模式下具有较低的损耗，因此它们方便选用不同的死区时间设计和更高的工作频率。 对于的工业应用，具有+/-20V栅极耐压和瞬态过压能力，它们不易受栅极反弹和瞬态尖峰的影响，因此更加可靠。

对于80 PLUS钛金级电源的积极影响

从电源应用的角度来看，这意味着什么？Nexperia GaN FET可实现上述所有系统优势的两种拓扑是AC-DC PFC和DC-DC LLC或相移全桥(PSFB)。

在2-3 kW电源中使用无桥图腾柱PFC，让我们对比一下，Si和GaN差异。在采用有源整流桥并搭配Si交错拓扑的效率，只能接近GaN图腾柱。从电路图中可以看出，使用GaN FET的图腾柱架构可大幅减器件数量（电感、二极管和MOSFET），并且得益于设计的简单性，还能减少磁材并使用更小的EMI滤波器。有望节省系统BoM高达30%，同时提高效率。 

在进行DC-DC转换时，GaN FET还可用于多种配置，包括LLC或
相移全桥(PSFB)。较低的电流和较低的磁通摆幅有助于实现较低的磁损耗
和更快的响应速度。对于LLC设计，这意味着较低的RMS电流；而对于PSFB设计，这意味着在轻负载条件下具有更宽的ZVS范围。

基于GaN的高效DC-DC配置

Nexperia全新GaN器件

当然，正如我们从芯片MOSFET中了解到的，最大限度地提高效率的一种方法是降低RDS(on)。我们GaN产品组合推出的第一款设备是GAN063-650WSA，它是一款能够满足1-3 kW应用的50 mOHm器件。与H1 GaN技术相比，我们新推出的H2 GaN技术带来了多项改进，包括优化了动态参数(Qoss/Coss)，从而提高了开关性能。所以我们基于H2的全新GAN041-650WSB具有仅35 mOhms的典型RDS(on)，可以用于功率更高的系统（通常功率在3 kW以上）。

审核编辑：郭婷