業(yè)內(nèi)首款1700V氮化鎵開關(guān)IC登場！高耐壓且效率大于90%，PI是如何做到的

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）從硅產(chǎn)品、碳化硅產(chǎn)品，再到氮化鎵的功率變換開關(guān)產(chǎn)品，PI都走在行業(yè)前列。近期，PI推出InnoMux?-2系列單級、獨立調(diào)整多路輸出離線式電源IC——1700V氮化鎵開關(guān)IC，這是業(yè)內(nèi)首款高達1700V的氮化鎵開關(guān)IC。新品一出，PI再次成為在氮化鎵領(lǐng)域首家突破額定耐壓水平的電源管理芯片企業(yè)。

PI的功率變換開關(guān)持續(xù)迭代

早在2022年，PI就推出了1700V 碳化硅初級開關(guān)的汽車級高壓開關(guān)電源IC，彼時，該產(chǎn)品以高輸入電壓，高輸出精度，效率大于90%等優(yōu)勢成為業(yè)界標(biāo)桿性產(chǎn)品。但是碳化硅生長速度緩慢，且生產(chǎn)過程復(fù)雜，成本高。而氮化鎵開關(guān)IC可以在不犧牲性能的情況下，顯著節(jié)省成本。在市場需求以及技術(shù)迭代的多重需求下，PI正式推出1700V氮化鎵開關(guān)IC。

PI技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan介紹了1700V 氮化鎵InnoMux-2 IC的五大特點：一是集成了1700V的PowiGaN?開關(guān)；二是極高的多路輸出效率，1000VDC輸入情況下實現(xiàn)高于90%的功率變換效率；三是高精度輸出調(diào)整；四是電路更簡單，元件數(shù)更少；五是具有完善的保護。

根據(jù)介紹，PowiGaN技術(shù)是PI 自主開發(fā)的氮化鎵技術(shù)。PowiGaN開關(guān)替代了 PI 高集成離線反激式開關(guān) IC 的傳統(tǒng)硅晶體管，降低了開關(guān)損耗，使充電器、適配器和開放式電源比硅基替代品更高效、更小巧、更輕便。截至目前，PI已經(jīng)推出了750V、900V、1250V的PowiGaN開關(guān)，每一代產(chǎn)品都在上一代的基礎(chǔ)上實現(xiàn)技術(shù)迭代，例如相對于1250V的 PowiGaN開關(guān)，新品更是增加了耐壓裕量和耐用性，適用于更廣泛的應(yīng)用。

單級架構(gòu)優(yōu)勢盡顯：效率高達90%，損耗和熱量降低44%

最受關(guān)注的是，PI此次推出的氮化鎵InnoMux-2 IC支持高達1700V的耐壓。一般來說，當(dāng)母線電壓升高的時候，開關(guān)損耗增大，輸出功率能力就會下降。此時怎么把效率做得更高是最大的挑戰(zhàn)。但1700V 氮化鎵InnoMux-2 IC做到了與750V的PowiGaN器件有相同的效率。PI是如何實現(xiàn)極高的多路輸出效率呢？

Jason Yan舉例，原先750V的PowiGaN器件很難做到比400V更高的母線電壓。為了能夠支持更高的母線電壓，傳統(tǒng)的高壓解決方案是采用StackFET的架構(gòu)來實現(xiàn)的，即利用750V PowiGaN器件串聯(lián)一個額外的功率MOSFET(參見PI的DER-859參考設(shè)計)來均分電壓。不過隨著母線電壓的增加，開關(guān)損耗的增大，電源的整體效率會大幅下降，這種架構(gòu)也會增加8個以上的元件數(shù)目，電路也更加復(fù)雜。而且由于使用了兩個功率開關(guān)，也無法采用傳統(tǒng)的有源鉗位技術(shù)來實現(xiàn)零電壓開關(guān)操作。

而PI的InnoMux-2單級架構(gòu)即可實現(xiàn)的高精度多路輸出，使得整個系統(tǒng)中沒有后級穩(wěn)壓電路，這樣就消除了兩級變換帶來的效率下降問題。同時，InnoMux-2還采用了PI一項獨特的創(chuàng)新技術(shù)：次級側(cè)實現(xiàn)的零電壓開關(guān)(ZVS)技術(shù)，也就是利用現(xiàn)有的同步整流管實現(xiàn)的初級側(cè)功率開關(guān)管的零電壓開關(guān)。該技術(shù)幾乎消除了功率開關(guān)的開通損耗且無需有源鉗位。多項創(chuàng)新技術(shù)的加持，讓1700V InnoMux2-EP做到90%的效率，相對于傳統(tǒng)的Stack FET架構(gòu)82%的效率，可以把損耗和熱量降低了44%。

“這是一個巨大的節(jié)省，這種節(jié)省不僅體現(xiàn)在效率的變化，還體現(xiàn)在IC的溫升會急劇下降。當(dāng)IC的溫升下降之后，就意味著可以用相同的封裝尺寸實現(xiàn)更高的輸出功率?！盝ason Yan表示。1700V InnoMux-2-EP效率獲得大幅提高，開關(guān)損耗也極小，所需的元件數(shù)目也大大減少。采用新推出的F封裝，可以在不加金屬散熱片的情況下輸出高達70W的功率。這對于高母線電壓的多路輸出應(yīng)用是非常難能可貴的。

參考設(shè)計套件(RDK-1053)：1700V的PowiGaN在雙路輸出工業(yè)電源中的應(yīng)用

（電子發(fā)燒友網(wǎng)攝）

除了極高的多路輸出效率，1700V氮化鎵開關(guān)IC能精確控制2組或3組CV輸出，在不同輸入電壓及負載條件下精度均達+1%。單級架構(gòu)還帶來更多的優(yōu)勢，包括提升響應(yīng)速度，減少了DC-DC轉(zhuǎn)換和假負載，讓1700V InnoMux-2 IC做到更低的待機功耗，空載輸入功率小于50mW。

隨著功率升高，散熱設(shè)計成為一個挑戰(zhàn)。優(yōu)異的散熱性能也成為1700V氮化鎵開關(guān)IC被業(yè)界稱贊的關(guān)鍵。PI公司營銷副總裁Doug Bailey在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時表示，提高新品的散熱性能有兩個關(guān)鍵點，一方面是IC封裝設(shè)計的創(chuàng)新。PI推出了F封裝，加大引腳間距和增加爬電間距，F(xiàn)封裝還能夠把熱量導(dǎo)到PCB板進行散熱。另一方面是1700V氮化鎵開關(guān)IC采用了最好的氮化鎵技術(shù)，減少熱量的產(chǎn)生。

PI公司營銷副總裁Doug Bailey（電子發(fā)燒友網(wǎng)攝）

面向高壓多軌電源領(lǐng)域，提供多個型號的產(chǎn)品

憑借高耐壓的能力，PI的InnoMux2-EP面向高壓多軌電源應(yīng)用場景。例如對于太陽能、儲能等場景，PI可以提供適用于200-1000VDC母線電壓應(yīng)用的的1700V耐壓能力的產(chǎn)品。而對于計算機CPU、MCU、功能性電源以及電視機和顯示器等傳統(tǒng)應(yīng)用場景，仍然可以使用面對308VAC輸入電壓的650/725/750V額定耐壓產(chǎn)品。

在高壓領(lǐng)域，一直是碳化硅器件占據(jù)主導(dǎo)地位，此次PI首款1700V氮化鎵開關(guān)IC的發(fā)布填補了氮化鎵在高壓領(lǐng)域的空白，打造了行業(yè)的又一個里程碑。市場調(diào)研機構(gòu)Yole預(yù)測，到2029年底，功率氮化鎵器件市場規(guī)模將達到20億美元，并將擴展到各個應(yīng)用領(lǐng)域，與碳化硅器件相比，功率氮化鎵器件成本優(yōu)勢更具吸引力。Doug Bailey在接受媒體采訪時表示，未來PI還會持續(xù)推進氮化鎵技術(shù)，將氮化鎵開關(guān)IC應(yīng)用到更多領(lǐng)域。

除了帶來具備技術(shù)優(yōu)勢的1700V的氮化鎵開關(guān)IC產(chǎn)品，在給方案公司和客戶的支持和配合方面，PI可以提供什么樣的支持與服務(wù)？Doug Bailey提到三個方面，一是PI提供了軟件設(shè)計支持，推出了PI Expert?設(shè)計支持工具，支持平面變壓器，每一個變壓器設(shè)計能夠根據(jù)客戶具體使用需求實現(xiàn)定制化。二是PI提供了DEMO板，方便客戶在研發(fā)階段做測試生產(chǎn)。三是PI有著強大的技術(shù)支持團隊，能夠給客戶提供技術(shù)支持。

通過上面PI這次發(fā)布的1700V的新品，我們有理由相信氮化鎵會具有更廣闊的市場應(yīng)用，也期待在不久的將來PI 能夠帶給業(yè)界更大的“驚喜”。