一切始于計算器

當我在高中和大學時，作為一名初出茅廬的工程師，我經常使用的工具是德州儀器 (TI) 30 計算器（圖 1）。這東西是堅不可摧的。我曾經通過讓它從三樓的防火梯到下面的草地上來展示它的韌性，它仍然有效。我過去常常把它們扔在學校的墻上，它從來沒有破過。我買過的任何東西都被證明比這個 5 x 8 鍵盤物超所值，這是一個數學計算奇跡。這是我對德州儀器的介紹。我印象深刻。我想為他們工作。

圖 1：Vintage TI-30 計算器（來源：France1978/ CC BY-SA 2.0）

在我的工程之旅中，我了解到 TI 是電源管理方面的專家。電源管理是一個重要主題，因為電氣化促使設計人員尋求更高的效率，而高壓電源市場對更高功率的需求也在不斷增長。Texas Instruments 認為，氮化鎵 (GaN) 等寬帶隙 (WBG) 技術將在滿足對高壓系統更高效率、性能和可靠性的需求方面發揮關鍵作用。TI 正在運用其專業知識在高功率領域進行創新，專注于高度集成的GaN 解決方案。TI 的集成方法在業界是獨一無二的，可實現最高性能、功率密度、簡化設計并降低系統成本。

為什么選擇氮化鎵

GaN IC 有助于最大限度地提高功率密度和效率。使用 GaN 器件可以將功率轉換器中的功率損耗降低 80%。具有集成柵極驅動器和 GaN 功率器件的 TI GaN FET 系列提供最高效的 GaN 解決方案，具有使用壽命可靠性和成本優勢。GaN 晶體管的開關速度比硅 MOSFET 快得多，這使工程師能夠設計出具有更小磁性元件的更高頻率的功率級。此外，GaN 提高了功率密度，同時提供了實現更低開關損耗的潛力。

比分立式 GaN FET 更快的開關速度

帶有集成驅動器的 TI GaN FET 可以達到 150V/ns 的開關速度。這些開關速度與低電感封裝相結合，可減少損耗，實現干凈的開關并最大限度地減少振鈴。

更小的磁性元件，更高的功率密度

借助更快的開關速度，TI 的 GaN 器件可幫助您實現超過 500kHz 的開關頻率，從而使磁性元件縮小多達 60%、提高性能并降低系統成本。

專為可靠性而打造

TI 的 GaN 器件旨在確保高壓系統的安全，這得益于專有的 GaN-on-Si 工藝、超過 4000 萬小時的可靠性測試和保護功能。

設計人員在許多應用中使用 TI GaN IC，從電信、服務器、電機驅動器和筆記本電腦適配器到電動汽車的車載充電器。

用于服務器的 TI GaN

服務器機架的價值在于它們根據所需的能源消耗和占地面積計算的能力（圖 2）。這意味著永遠需要增加服務器的電源。此外，每瓦 (W) 的熱輸出是服務器安裝所需的一瓦冷卻。電源效率提高 1% 相當于每 1kW 電源容量節省大約 70 美元。與傳統的硅 (Si) FET 相比，GaN FET 的開關損耗也更低。在服務器的整個生命周期內，通過提高數據中心的效率而節省的費用可能等于數百萬美元。

廣泛的工業應用需要防風雨外殼或冷卻能力有限；因此，它們需要昂貴的散熱器才能正常工作。這些應用正是 TI GaN 解決方案的價值所在。它們以相同的功率水平在更小的空間內提供更高的功率密度。GaN 在更高頻率下的開關能力實現了在相同空間內獲得更多功率。這使客戶能夠縮小服務器電源裝置 (PSU) 的尺寸，同時減少功率損耗（大約 30% 到 40%）和能耗。

汽車用

汽車電氣化正在改變汽車行業，消費者對充電速度更快、行駛距離更遠的汽車的要求也越來越高。因此，工程師面臨著在不影響車輛性能的情況下設計緊湊、輕便的汽車系統的挑戰。TI 的汽車 GaN FET 與現有的 Si 或 SiC 解決方案相比，可使電動汽車 (EV) 車載充電器和 DC/DC 轉換器的尺寸減小多達 50%。其結果是使工程師能夠延長電池續航時間、提高系統可靠性并降低設計成本。

獨特的集成

Texas Instruments 將柵極驅動器和其他功能與 GaN 場效應晶體管 (FET) 集成的特定方法為市場上的 GaN 提供了最簡單和最佳的解決方案。將柵極驅動器與 GaN FET 集成可提高性能。許多半導體制造商都集成了驅動器，但只有 TI 是獨一無二的，目前，他們還集成了偏置和安全功能（圖 3）。這有助于減少驅動器和 FET 之間的寄生效應，從而為客戶增加價值。它同時降低了環路電感，有助于提高開關速度 (>2x)。其他集成功能通過處理電源管理和保護功能簡化了一般設計。

圖 3：Texas Instruments 提供帶有 GAN FET 的獨特集成柵極驅動器。（德州儀器）

TI 和 Mouser GaN 攜手合作

Texas Instruments LMG34XX-BB-EVM GaN 系統評估板是一個完全集成的解決方案，可用于原型制作（圖 4）。該分線板進一步簡化了 GaN 的設計過程，并使其對工程師友好。它可用于配置任何 LMG34xx 半橋板，例如同步降壓轉換器。通過提供功率級、偏置電源和邏輯電路，該評估模塊可以快速測量 GaN 器件開關。該評估模塊可通過適當的熱管理（強制通風、低頻操作等）提供合適的輸出電流，以確保不超過最大工作溫度。

圖 4：Texas Instruments LMG34XX-BB-EVM GaN 系統評估板（貿澤電子）

結論

我的 TI-30 計算器是那個時代的綜合計算中心。同樣，在 GaN 解決方案方面，TI 也是領先的創新者，這些解決方案在滿足對高壓系統更高效率、性能和可靠性的需求方面發揮著至關重要的作用。正在尋找業內真正獨一無二的集成方法，以實現最高性能、功率密度、易于設計和更低的系統成本？看看德州儀器。

作者

Paul Golata 于 2011 年加入 Mouser Electronics。作為一名高級技術專家，Paul 通過推動戰略領導、戰術執行以及先進技術相關產品的整體產品線和營銷方向，為 Mouser 的成功做出了貢獻。他通過提供獨特且有價值的技術內容，為設計工程師提供電氣工程領域的最新信息和趨勢，促進并提升貿澤電子作為首選分銷商的地位。

在加入 Mouser Electronics 之前，Paul 曾在 Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、JDSU 和 Arrow Electronics 擔任各種制造、營銷和銷售相關職務。他擁有 DeVry 理工學院（伊利諾伊州芝加哥）的 BSEET；佩珀代因大學（加利福尼亞州馬里布）的工商管理碩士學位；來自西南浸信會神學院（德克薩斯州沃思堡）的 MDiv w/BL；以及西南浸信會神學院（德克薩斯州沃思堡）的博士學位。

審核編輯黃昊宇