目前GaN正逐渐广泛应用的四个主要中电压领域

这篇技术文章由德州仪器（TEXAS INSTRUMENTS）的 Srijan Ashok 撰写，主要介绍了中电压氮化镓（GaN）在四种应用领域的优势和应用情况，强调其对电子设计转型的推动作用。
*附件：中电压氮化镓（GaN）在四种应用领域的优势.pdf

1. 背景 ：随着技术发展，电力需求攀升，设计人员面临提升设计效率、在相同体积下提供更多电力的挑战。GaN 因具有增加功率密度和提升效率两大优势，在高电压电源设计中得到应用，新的中电压（80V - 200V）GaN 解决方案也逐渐受到欢迎。
   随着技术的快速发展，这意味着对电力的需求也在不断攀升。为了持续推动这种发展态势，业界也越来越多地将太阳能等更多可再生能源接入电网。同样，服务器的需求呈指数级增长，以实现更快的数据处理、大数据存储和人工智能（AI）应用。设计人员为了顺应全球趋势，正面临一项艰巨任务：不断提高设计效率，在保持设计效率提升的同时，以相同的体积提供更多电力。
   这样的挑战促使业界在高电压电源设计中采用氮化镓（GaN），原因在于GaN具有两大优势：

• 提高功率密度。GaN具有更高的开关频率，使设计人员能够使用尺寸更小的电感、电容等被动元件，从而缩小电路板尺寸。
• 提升效率。与硅晶设计相比，GaN出色的开关和传导损耗性能可降低超过50%的损耗。
  除了业界采用的高电压GaN（额定电压≥600V ）外，新的中电压GaN解决方案（额定电压80V - 200V）也越来越受欢迎，它能在电源系统中实现更高的功率密度和效率，而这是以往的高电压GaN无法做到的。
  在本文中，我将介绍目前GaN正逐渐广泛应用的四个主要中电压领域。

2. 中电压 GaN 的应用领域

• 太阳能 ：太阳能产能增长迅速，对系统效率和功率密度需求高。GaN 装置（如 LMG2100R044 和 LMG3100R017）有助于缩减太阳能面板子系统 40% 以上的系统尺寸。太阳能主要通过升压器、逆变器等子系统实现能量转换，GaN 在其中发挥重要作用。
  
  
• 服务器 ：人工智能发展使服务器需求指数级增长，对效率要求高。在服务器电源应用的三个主要系统中，100V 至 200V GaN 可发挥作用。例如，GaN 解决方案（如 LMG3100）可降低 PSU 中 LLC 阶段次级同步整流器的损耗；LMG2100 和 LMG3100 等装置可用于 IBC，减少 I²R 损失；电池备援单元使用 GaN 可避免 “直流 - 交流 - 直流” 转换过程中的损失。
  
• 电信功率 ：电信无线电电源供应器对效率要求高，且 5G、6G 网络发展需要低损耗的高密度设计。LMG2100 可将此类设计的功率密度提升 > 40%。GaN 在电信功率应用中，可将负电池电压转换为适合功率放大器或其他直流负载的电压。
• 马达驱动 ：GaN 可用于马达驱动电路，其零反向复原特性可降低失效时间损失并提升效率，较高的切换频率能缩减被动元件尺寸，产生更精细的马达驱动设计。
  

3. 结论 ：GaN 有潜力取代传统矽晶 FET，还适用于通用 DC/DC 转换、D 类音频放大器等领域。其较高的切换频率和较低的功率损耗，通过整合式功率级可使功率设计更简化。