广告

是时候采用氮化镓功率器件设计DC/DC转换器了

2019-01-29 17:15:13 宜普电源转换公司首席执行官兼联合创始人Alexander Lidow 阅读:
功率半导体是高效电源转换的重要组成部分。实际上,电源转换系统存在于所有现代电子产品中,其应用包括工业、汽车、消费、医疗或航空航天等。它们主要存在于电源、照明控制和电机驱动器中。

微信图片_20190124092749.jpg OMyednc

Alexander LidowOMyednc
宜普电源转换公司首席执行官兼联合创始人OMyednc

功率半导体是高效电源转换的重要组成部分。实际上,电源转换系统存在于所有现代电子产品中,其应用包括工业、汽车、消费、医疗或航空航天等。它们主要存在于电源、照明控制和电机驱动器中。OMyednc

据Yole Développement统计,2017年功率器件市场的营收约为300亿美元,其中超过一半的营收来自电源集成电路。到2022年,这一市场的营收预计将增长到约350亿美元。OMyednc

随着全球生活水平的迅速提高,电力需求也在相应增长。为了减少核电、木材、燃煤、燃气电厂对环境的影响,我们必须有效使用电力。此外,随着人们对计算机处理能力、汽车燃油经济性、电动车和无人机行驶距离、灯具能耗等要求越来越高,在可预见的未来,人们对更低成本、更小体积、更高效电源系统的需求将会继续稳步增长。OMyednc

数据中心用电量惊人,需要高效的电源架构和优越的电源转换技术

数据中心及电信系统是电子基础设施的主要成员,与我们的日常生活息息相关。随着技术融入到我们的生活,我们认为这理所当然,可是,就像冰山一样,我们看不到大部分的电子基础设施。这些基础设施的硬件部分,包含着数百万个微处理器、数据存储器、输出数据总线及辅助逻辑电路。OMyednc

每个处理器可能包含数十亿个微小的集成晶体管电路。这些极小的器件用电量微乎其微,工作电压范围通常是从数伏特到1V以下。而数据中心可以采用数千个处理器,这意味着同一时间使用了万亿个晶体管!因此,数据中心所需的电力将会是从数兆瓦到数十兆瓦。目前,数据中心所需的电力是4160V三相交流电压或13. 8kV。这对于需要很低电压及相当精确电压的信息处理硬件来说,是完全不合适的。因此,我们必须找出高效的电源架构并采用优越的电源转换技术,从而可以高效地降压至1V。OMyednc

实际上,电力昂贵,而且数据中心的用电量惊人。如果要实现大于1000∶1的电压转换比,必须采用多级电源转换,而在每一级的电源转换过程中,都会流失若干能量,从而增加了整个系统的成本。流失的能量就是热量,必需除去。这需要有效的散热管理,通常是利用空调,但这会推高用电量及进一步增加成本。高效电源转换可显著地降低电费开支, 电费开支就是构成数据中心最大的成本。到2020年,我们预计在美国的数据中心的总能耗将高达730亿kWh, 使得我们根本不可能使用低效的供电架构。OMyednc

在这数年间,业界十分关注从48V总线电压转到通常是1V或以下电压的负载点应用。最后一级的电源转换是最困难的,也是目前来说最低效的,大约会流失掉15%的总能量,如果能将这些能量用于数字芯片,就可以提高收入。OMyednc

氮化镓实现显著性能提升,而达到其极限之前仍可以提高效率约300倍

很多工程师提问关于氮化镓(GaN)及碳化硅(SiC)的异同。GaN和SiC都是宽带隙半导体,因此可以在更小、更快的器件中处理比硅更多的功率。GaN的一个额外优点是可以在器件表面产生二维电子气(2DEG)。这种2DEG可以使横向GaN器件更快地传导电子,并使其电阻比Si或SiC更低。横向器件的所有电气连接与有源器件在同一平面上。不同的应用具有不同的电压要求。当电压要求超过600~900V时,横向器件就行不通了。垂直GaN器件(电气连接在顶部和底部)没有2DEG,因此其性能就更接近于SiC。随着垂直SiC二极管和晶体管的成熟度越来越高,SiC有望主导约900V以上的应用。然而, 一般而言,900V以下的市场更大,这也是宜普(EPC)目前在应对的市场。OMyednc

GaN器件才刚刚开始在电源转换领域崭露头角。值得注意的是,功率晶体管在过去短短几年取得了重大进展,导通电阻有了大幅改善。即便如此,目前市场上最好的硅基GaN晶体管也比Si的理论极限要好得多,而且在达到其极限之前仍然可以提高效率约300倍。OMyednc

硅基GaN技术对于集成来说也是非常好的候选对象。现在,我们已经有基于硅基GaN的单片半桥器件。未来还将有完整的片上系统(SoC)功率器件,而在电源转换应用中实质上可以废弃使用分立晶体管。OMyednc

总结

氮化镓功率器件的出现,改变了业界的游戏规则。相比基于传统硅MOSFET器件的解决方案,基于氮化镓器件的解决方案更高效、占板面积更小,而且成本更低。OMyednc

我们业界的共同目标是希望每一个全新设计都可以实现节能、更低的成本及更高的效率,从而设计出更优越的数据中心。目前有越来越多的公司制造基于氮化镓技术的DC/DC电源转换产品,因此可以预期,更高效、更具成本效益的未来,从现在开始!OMyednc

本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 计算中常见的RMS和RSS,你真的了解吗? RSS与RMS看起来很相似,但概念截然不同···
  • 苹果将终止自研5G基带芯片,仍要继续依赖高通 据报道,苹果将停止内部 5G 调制解调器的开发,并可能继续依赖高通。根据一份新报告,苹果似乎远未实现其目标,因为它已决定停止开发内部 5G 调制解调器。这些报道现阶段尚未得到证实,但多个消息来源报道了类似的情况。
  • 爱立信推出基于“Intel 4”工艺的处理器,甚至领先于英 爱立信在其新闻稿中指出,与上一代相比,新的 RAN 处理器 6672 和无线电处理器 6372 的容量增加了四倍,效率提高了一倍。他们声称,Intel 4上的新处理器的功耗比行业基准低30%到60%。
  • 首款背接触微米光伏电池问世,阴影效应降低95% 加拿大渥太华大学领导的国际科研团队,研制出了全球首款背接触微米光伏电池,相较于普通的光伏电池,这种背接触电池正面无栅线,正负极全部挪到了电池背面,能让太阳能电池板吸收更多太阳光···
  • 首款国产LPDDR5存储芯片来了!已在小米、传音等品牌机型 长鑫存储面向中高端移动设备市场,正式推出LPDDR5系列产品,成为国内首家推出自主研发生产的LPDDR5产品的品牌,不仅进一步完善长鑫存储DRAM芯片的产品布局,更实现了国内市场零的突破。
  • 5G和天线模块的演变 新的5G用例和功能改变了5G天线模块的格局,使其从智能手机和平板电脑中使用的专用、通常是定制设计和开发的便携式移动设备硬件,转变为集成到传感器平台、自主移动机器人(AMR)、工业控制设备、增强现实/虚拟现实(AR/VR)头戴设备/系统以及汽车平台中的物联网模块···
  • B站UP主买了一颗国产卫星:微波炉大小,在轨360度拍摄宇宙 B站UP主“影视飓风”11月28日发布了最新一期视频《我们买了一颗国产卫星》。该视频播放量已成为全站排行榜榜首。视频中介绍,影视飓风和Insta360公司共同出资定制了这颗微波炉大小的卫星,装了一枚Insta360全景相机,可拍到卫星和地球的大合影。
  • 如何正确使用以确保舌簧继电器的可靠性? 当在指定的操作参数范围内使用时,舌簧继电器可以执行数百亿次操作,而性能变化很小或没有变化。例如,每天每小时运行 100 次(24 小时周期),大约需要 1141 年才能达到 10 亿次运行的里程碑。增加操作频率不应引起关注,因为要达到每分钟 100 次操作 19 年后才能达到相同的里程碑,而每秒 100 次操作则需要近 4 个月。
  • 龙芯3A6000问世,国产自研CPU最新里程碑 龙芯3A6000采用的是我国自主设计的指令系统和架构,无需依赖任何国外授权技术,是我国自主研发、自主可控的新一代通用处理器,标志着我国自主研发的CPU在自主可控程度和产品性能方面达到新高度,性能达到国际主流产品水平···
  • 天玑9300被曝CPU压力测试降频,性能下降了46% 在高压力下测试2分钟左右,CPU就出现了降频现象,其中一个核心的时钟速度降至0.60GHz,其余核心的频率分别降至1.20GHz和1.50GHz···
  • 苹果Vision Pro即将量产,华为也将推出麒麟芯竞品? 华为其实很早也开始了在XR领域的布局,华为的AR Engine早在汽车、手机等设备上进行了广泛的应用,截至今年十月,AR Engine的安装量已经达到了21亿次,接入的应用数量超过了4100款···
  • 存储技术新突破,10PB单盘使用寿命超过5000年 这项技术来自于德国初创公司Cerabyte,这家公司利用一种在陶瓷镀膜玻璃的陶瓷物质层上创建微孔的技术,来实现这一目标···
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了