GaN設計訣竅: 智慧拓撲、佈局與熱管理

2023-02-15
作者 Majeed Ahmad,EDN主編

GaN技術距離其理論性能極限還有30倍的差距,因此仍有餘裕開發更好的GaN晶片。為了充份利用電晶體,設計工程師必須專注於智慧拓撲、佈局和熱傳遞,而非使用GaN的原始功率...

氮化鎵(GaN)半導體、電動車(EV),以及為提高能效和環境保護而打造的其他產品,成為今年國際消費電子展(CES 2023)的最大亮點。從加拿大GaN功率元件製造商GaN Systems在CES的展出攤位即可看到2023年及其後塑造這種寬能隙(WBG)技術的設計足跡及其具體發展趨勢。

在該公司的展示攤位上,GAN Systems執行長Jim Witham介紹最新的產品,同時談到了GaN技術和應用的設計進展。他說,原始設備製造商(OEM)已經從2021年開始尋求將GaN充電器用於手機和筆記型電腦。

關於GaN元件的最新動態,Witham提到了資料中心伺服器的電源。在展場上,該公司展示xFusion 3kW電源供應器(PSU),這是首款採用80 plus Titanium的100W/in3高效率解決方案(圖1)。

 

圖1:資料中心伺服器用的3kW電源在搭配80 Plus認證機制時可達96%的能效級。

(來源:GaN Systems)

 

在汽車領域,另一個亮點是,這家總部位於加拿大渥太華的公司展示其為EV設計的GaN供電7.2kW車載充電器(OBC)和DC-DC轉換器。Witham還展示其與Daniel Hertz合作的GaN供電Wi-Fi揚聲器,它可以從串流媒體等數位內容中傳輸純類比聲音。此外,還有GaN Systems與Axign合作開發的1,000W D類音訊放大器,該設計結合了GaN Systems的GaN功率半導體與Axign的音訊放大器控制器。

GaN的設計進展

當被問及GaN半導體設計的未來方向時,Witham提到了兩件事。首先,在電源子系統中,設計工程師如何將所有元件放在一起並共同封裝。「你必須把東西做得更小,採用緊密的閘極迴路,並確保良好的熱傳遞。」

其次,GaN技術距離其理論性能極限還有30倍的差距,因此仍有餘裕開發更好的GaN晶片。在這方面,根據Witham表示,為了充份利用電晶體,設計工程師必須專注於智慧拓撲、佈局和熱傳遞,而非使用GaN的原始功率。

 

圖2:設計訣竅在於使用正確的拓撲結構,以便從GaN電晶體中獲得最佳價值。

(來源:Reuters)

 

Witham說:「為了開發更好的電源子系統並生產更好的GaN晶片,我們在這兩個領域都付出了巨大努力。關於GaN元件的熱管理,熱一直都很重要,因為如果你能將熱量從元件中排除,最終將能減少在系統上的花費。我們持續在做這些事情,但更重要的是最佳化使用GaN電晶體。」

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