您可以想象一個這樣的世界：人類不再需要建造這么多發(fā)電廠來滿足不斷躥升的數(shù)字需求。在這個世界中，工業(yè)、企業(yè)計算、電信和可再生能源系統(tǒng)的運行速度大大加快，并且效率更高。

這樣的世界也許很快就可以實現(xiàn)了。

TI最近推出的LMG3410用開創(chuàng)性的氮化鎵 (GaN) 技術(shù)搭建的高壓、具有集成驅(qū)動器的解決方案，相對于傳統(tǒng)的、基于硅材料的技術(shù)，創(chuàng)新人員將能夠創(chuàng)造出更加小巧、效率更高、性能更佳的應(yīng)用。

“氮化鎵就像一個超級增壓引擎，”TI高壓新技術(shù)開發(fā)組總監(jiān)Steve Tom說，“它使得系統(tǒng)運行更快，效率更高，以及動力更加強勁。它周圍的驅(qū)動器、封裝和其它組件能夠真正地提高任何系統(tǒng)的性能。”

GaN的強大功能可以造福我們每個人。每次您使用智能手機、網(wǎng)上下單、查看社交媒體，或者將照片上傳至在線賬戶時，您連接的都是一個包含數(shù)千臺服務(wù)器的巨大數(shù)據(jù)中心。

而服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的運轉(zhuǎn)耗電量很大，隨著我們的生活與網(wǎng)絡(luò)互連的關(guān)系越來越緊密，以及對于高耗能數(shù)字器件的依賴程度越來越高，我們對于電力和發(fā)電廠的需求也增長越來越快。

“由于我們對電子元器件的期待越來越高，同時隨著物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，我們的設(shè)備都被連接在了一起，我們需要消耗更多的電能，”GaN開發(fā)團(tuán)隊的系統(tǒng)和應(yīng)用工程師Eric Faraci說，“更多的能耗意味著需要建造更多的大型電廠。但是，如果使用諸如氮化鎵的技術(shù)，我們可以將發(fā)電效率提高到一定的程度，這樣的話，我們也許就不再需要提高發(fā)電能力了。”

所以，我們可以想象一個更加綠色環(huán)保的生活。

“我們需要減少能耗，”Steve說，“全世界范圍內(nèi)不斷增長的用電需求不利于可持續(xù)發(fā)展。”

在TI，我們不僅憧憬著未來的美好生活，也一直致力于盡早實現(xiàn)這些未來技術(shù)。

散熱降低

GaN是將鎵元素和氮元素這兩個元素組合在一起而創(chuàng)造出來的一款超快速的半導(dǎo)體材料。多年以來，硅材料一直是支撐電子元器件底部的基礎(chǔ)構(gòu)造塊。相對于硅材料，這個組合使得電子元件能夠更加自由地運動。

從手機到高端工業(yè)用工具和服務(wù)器，各種系統(tǒng)中的電路的工作方式都是不斷接通和斷開數(shù)百萬個微型開關(guān)。開關(guān)每移動一次都會產(chǎn)生熱量。

這樣發(fā)熱便限制了系統(tǒng)的性能。比如說，當(dāng)您的筆記本電腦的電源變熱，其原因就在于流經(jīng)電路開關(guān)內(nèi)的電子產(chǎn)生了熱量，并且降低了筆記本電源的工作效率。

由于氮化鎵是一款更好、效率更高的半導(dǎo)體材料，它的發(fā)熱量更低，所以設(shè)計人員能夠在更小的空間內(nèi)配置更多的開關(guān)。

在隔離式高壓工業(yè)、電信、企業(yè)計算機和可再生能源應(yīng)用中，集成式驅(qū)動器的600V GaN功率級開關(guān)顯得特別重要。LMG3410的優(yōu)勢包括：

· 將目前技術(shù)最先進(jìn)的硅材料功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器的功率密度加倍。

· 相對于分立式GaN解決方案，其功率損耗、電壓應(yīng)力和電磁干擾更低。

· 啟用全新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

“GaN是相較其他材料更好的工具，”Steve說，“如果您能極大地提升開關(guān)的密度，降低電阻率，并使它們移動的更快，您就將降低散熱的需要，正因如此，您將獲得相同尺寸，更佳的性能。它所實現(xiàn)的這些美妙功能突破了之前對于電子元器件處理能力的限制。”

完整的解決方案

GaN解決方案的推出將對高壓應(yīng)用產(chǎn)生一個近期的影響。但是，隨著包含GaN的系統(tǒng)設(shè)計越來越普及，它的使用將擴展至高端音頻放大器、無人機、電動汽車、照明、計算、太陽能板、針對車輛的成像技術(shù)等，并將最終擴展至所有由墻上插座供電的低壓應(yīng)用。

“不同類型的應(yīng)用層出不窮，”Steve說，“我們以無人機為例。目前，無人機主要用于業(yè)余愛好，但是有了GaN后，我們也許能夠?qū)⑺鼈冇糜诟由虡I(yè)化和工業(yè)化的應(yīng)用。”

Steve說，關(guān)鍵的事情是電池的使用壽命。目前，大多數(shù)無人機在再次充電、返航或電量耗盡前的飛行時間大約為20分鐘。

“GaN眾多之一的優(yōu)勢在于其切換迅速，并且驅(qū)動效率更高，因此您可以減小組件、磁性元件、電感器和電容器的體積以及重量，”他說，“這將直接增加無人機的飛行時間。”

由于我們已經(jīng)將GaN開關(guān)與一個驅(qū)動器封裝在一起，并且配置了一個能夠幫助應(yīng)用充分發(fā)揮其高性能優(yōu)勢的完整生態(tài)系統(tǒng)對其提供支持，此類應(yīng)用將運行得更加高效。此外，此器件還包含了內(nèi)置的保護(hù)設(shè)備能夠抵抗溫度、短路和不同電壓條件等各種問題。

“我們從整個系統(tǒng)的角度來審視這個器件，”TI高級技術(shù)營銷經(jīng)理Masoud Beheshti說，“使客戶能夠更加輕松地把這款器件應(yīng)用到他們設(shè)計的系統(tǒng)當(dāng)中。我們充分了解如何使這款器件與我們產(chǎn)品庫中的其它器件配合在一起，以提供一個完整的解決方案，這將幫助我們的用戶加快其產(chǎn)品上市時間，以及更加快速且有效地解決他們的問題。”

減少阻礙

LMG3410是第一款包含TI GaN開關(guān)的集成電路。這些器件生產(chǎn)于制造硅材料兼容晶圓的工廠，擁有TI數(shù)十年工藝技術(shù)經(jīng)驗作為品質(zhì)保證。

“經(jīng)過三百萬小時以上的可靠性測試，LMG3410使得電源設(shè)計人員有信心挖掘GaN的潛能，并且重新考慮那些之前不可行的電源架構(gòu)和系統(tǒng)，”TI高壓電源解決方案副總裁Steve Lamhousse說，“這項技術(shù)展示了TI強大的生產(chǎn)能力和在系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)領(lǐng)域的影響力，這個全新的功率級是TI在GaN市場上邁出的重要一步。”

這就減少了某些阻礙，從而使設(shè)計人員能夠?qū)⑦@款器件用于他們的應(yīng)用，Steve Tom補充道。

“這也是我們希望控制生產(chǎn)制造的原因，”他說，“正因如此，我們在可靠性測試方面投入大量時間?；谶@個原因，我們已經(jīng)開發(fā)出了伴隨電路，盡可能地提高這款器件的性能。”

“有了GaN如此強大的性能，我們將幫助設(shè)計人員將他們的應(yīng)用提高到一個全新的水平。”

其它資源：

• 查看TI的GaN解決方案產(chǎn)品庫。

• 閱讀我們?nèi)碌陌灼?ldquo;用集成驅(qū)動器優(yōu)化GaN性能。”

• 通過閱讀博文：“讓我們一起實現(xiàn)氮化鎵的可靠運行”，進(jìn)一步了解TI如何使GaN更加可靠。

• 加入德州儀器在線技術(shù)支持社區(qū)氮化鎵 (GaN) 解決方案論壇，尋找解決方案、獲得幫助、并與同行工程師和TI專家分享知識和解決難題。