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Power Integrations推出具有创新技术的1250V氮化镓开关IC

时间：2023-11-07 09:54来源：

摘要：10月30日，PowerIntegrations在北京举办新产品发布会，本次新产品1250V氮化镓电源IC采用了1250V耐压的PowiGaN™开关技术。适用于家电、工业、及汽车等各类有更高输入电压需求的领域，在产品封装方面也有极高的创新。

正式推出使用1250V PowiGaN开关的InnoSwitch™3-EP
 
10月30日，Power Integrations在北京举办新产品发布会，本次新产品1250V氮化镓电源IC采用了1250V耐压的PowiGaN™开关技术。适用于家电、工业、及汽车等各类有更高输入电压需求的领域 ，在产品封装方面也有极高的创新。
 
在发布会上PI技术培训经理Jason Yan说：这颗IC采用了1250V的PowiGaN™ 开关技术，强化了公司在高压GaN技术领域的持续领先地位，具有里程碑意义。
InnoSwitch™3-EP 1250V IC是Power Integrations的InnoSwitch恒压/恒流准谐振离线反激式开关IC产品系列的最新成员。它具有同步整流和FluxLink™安全隔离反馈功能，并且提供丰富的开关选项，包括725V的硅开关、1700V碳化硅（SiC）开关以及750V、900V的氮化镓开关。这些都是PI的领头产品。在电源IC方面，PI一直主打方便快捷，以精小特色打开电源芯片的大门，现在又推出1250V耐压的最新成员。PI也因此成为唯一一家全面覆盖MOS管到不同耐压的GaN和SiC的公司。
 
Jason Yan说：家电、电动自行车、音响、汽车已经在PowiGaN影响下被广泛使用。InnoSwitch™ 3系列初级开关涵盖硅、GaN和SiC，硅开关包括650V、750V和900V；SiC开关是1700V；继今年3月发布了900V的GaN器件之后，PI最新发布的也是一款耐压达1250V的GaN器件。
适用于家电、工业及汽车应用的InnoSwitch3-EP
该系列为PI高度集成的反激式开关IC的代表产品。它集开关、保护、反馈及同步整流（SR）驱动于一体，并具有多种功率开关选项，适于全球多种应用。FluxLink™的采用即保证了安全隔离，从而省掉了需光耦器，又可以实现精准的反馈控制，使得效率达到最大化，进而省去了传统电源中常见的金属散热片。
 
 
1250V的PowiGaN具有更高的电压裕量，从而在输入电压不稳定情况下提供安全可靠的保护。

该高压氮化镓开关方案相较于650V的硅开关方案，效率高出1%，意味着工作温度可以降低20%。在高压反激类的应用当中，PowiGaN开关优于MOSFET开关损耗的优势更加明显。开关损耗通常按开关电压的平方关系而增加。对于硅器件，若需要在更高电压下安全可靠工作，需要增大其额定耐压。而其VDS 额定耐压的增加会导致其RDS(ON) 急剧增加，这样就造成了导通损耗的增大。为了降低RDS(ON) 则不得不增大晶圆尺寸，这样会导致开关电容容量（COSS ）的增加，进而带来开关损耗的增大。因此，对于高压应用，硅开关并不是一个理想的选择。尤其在输出功率比较大的情况下。
 
采用1250V PowiGaN的InnoSwitch3-EP IC产品支持材料
l DER-1025 60W参考设计
1. 90 – 480VAC输入
2. 480VAC输入下具有>66%的降额
3. 12V、5A输出
4. < 30mW的空载功耗
l 数据手册及设计支持工具
l 可及性
1. 样品器件
2. 接受批量订单
PowiGaN™、硅和SiC性能比较
为了充分了解不同开关技术对电源效率的影响，PI用一块板子测试了不同电压下的效率性能测试。不同测试的差别是仅更换InnoSwitch3-EP器件，对于每种InnoSwitch器件都选择其最适宜的输出功率。进而对其效率表现进行评估。
利用的两块电路板为适宜低压输入的一块电源板，另一块为适合高压输入的汽车类应用电源板。其实验目的是对三种不同开关技术的效率做出对比。

通过上述图片可以看出，随着输入电压提高，硅开关在650V、725V和900V不同输入电压的效率出现逐渐下降的趋势。而氮化镓开关在低压应用当中相较于硅有1%的效率提升。而在高压应用当中则与碳化硅性能接近。
 
GaN代表着功率变换的未来
 
Jason Yan说：GaN技术代表着功率变换的未来。首先它极具成本效益，对于高母线电压的应用MOS管效率不高，而SiC成本又很高。第二，GaN可以针对功率变换量身定制，不同环境应用选择不同功能的开关。
“GaN并不适用所有的应用环境，比如在某些应用中要求漏电流小、开关频率比较高，GaN比较合适，对于某些实际通过电流没有那么大的应用，就体现不出GaN低导通电阻的优势，所以要根据不同应用选择不同的开关技术。
 
他说：第三，可以在不同功率水平、不同电压应用中对硅、GaN和SiC进行无缝切换。而更高电压、更大功率器件扩展了系统性能的选择范围，一直是行业的发展方向，功率越高、耐压越高，就越有助于降低成本。
 
第四，对客户来说，GaN没有供应链问题，生产过程不像SiC那么复杂，成本也会继续下降。
PI的共源共栅架构优化了GaN的性能和可靠性
共源共栅最大限度地提高了 PowiGaN™ 的性能。消除了栅极驱动的挑战
同时也提升了变换器的效率。
PI封装方面利用多芯片模块技术将所有的晶圆封装在一个封装当中，然后内部通过键合线进行互连，通过精确控制驱动器尺寸和走线电感优化了开关性能，并在内部加强了对GaN开关器件的保护，从而保证产品的高可靠性。
在器件坚固耐用方面，利用Cascode，PI最大限度提高了PowiGaN™ 的性能。从而使产品安全方便有效的使用。
上图中氮化镓开关的耐高压冲击特性大大增加了整体电源的安全性和可靠性。而对于硅开关，则很难在超过其额定耐压的工作条件下长期工作。据Jason介绍，新发布的1250V的InnoSwitch3-EP新品器件，其介质击穿的高压阈值甚至会达到2100V。这无疑给了工程师更多的设计选项。相信目前这款业界耐压最高的氮化镓开关产品，一定会得到市场的广泛的应用和认可。

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