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氮化镓技术六大新应用!

2022-05-25 充电头网 阅读:
2021年3月13日,新华网刊登了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,特别提出要发展氮化镓、碳化硅等第三代宽禁带半导体技术,这标志着氮化镓产业已成为支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性和基础性产业。

前言yRVednc

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2021年3月13日,新华网刊登了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,其中在“集成电路”领域,特别提出要发展氮化镓、碳化硅等第三代宽禁带半导体技术,这标志着氮化镓产业已成为支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性和基础性产业。yRVednc

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相对于硅材料,使用氮化镓制造新一代的电力电子器件,可以变得更小、更快和更高效。这将减少电力电子元件的质量、体积以及生命周期成本,允许设备在更高的温度、电压和频率下工作,使得电子电子器件使用更少的能量却可以实现更高的性能。yRVednc

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氮化镓功率器件的推出,首先应用在快充充电器上。氮化镓快速开关的优势,提高了充电器的开关频率,减小变压器体积,并降低器件的散热需求,从而显著缩小了充电器的体积,使充电器具备更大的输出功率,更多的输出接口,深受消费者的喜爱。yRVednc

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而随着氮化镓技术的不断发展,氮化镓也应用在了很多新兴领域,充电头网此次选取了手机、车充、PC电源、服务器电源、笔记本适配器、户外电源等新场景,帮助大家掌握氮化镓应用的最新动态。yRVednc

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手机yRVednc

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作为OPPO产品的金字招牌,VOOC闪充系统中当然也少不了氮化镓技术的存在。但不同于绝大多数手机厂商,OPPO还尝试将氮化镓技术应用到手机内yRVednc

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闪充技术需要充电器与手机电源管理芯片的共同协作。一直以来,手机内部开关器件都采用硅材质MOSFET器件,由于体积与阻抗的限制,不仅占据了手机主板上大量空间,而且在面对大功率快充时,硅MOSFET会产生较大的温升与效率损耗,影响快充的稳定性与大功率持续时间。yRVednc

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OPPO开创性地将氮化镓技术应用到手机内部,采用一颗氮化镓电子开关代替两颗硅MOSFET的功能,不仅节省了寸土寸金的手机空间,而且让电流路径达到了更低的阻抗,路径上的温升有效降低,提升充电效率与大功率持续时间,让手机能拥有更好的充放电表现。yRVednc

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车充yRVednc

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不同于普通充电器,车充由于受限于点烟器接口的尺寸限制,体积往往无法做大,如果采用传统功率器件,输出功率难以进一步提升。而如果将氮化镓功率器件应用在车充产品中,则可以在不增大体积的情况下,提升输出功率。yRVednc

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近期,智融联合英诺赛科开发首款140W氮化镓车充方案,两颗外置的氮化镓功率器件来自英诺赛科,型号均为INN040W040A。这是英诺赛科最新推出的增强型硅基氮化镓功率器件,耐压40V,导阻仅为4mΩ,采用FCSP 2.6 mm x 1.6 mm的极小尺寸封装,后续会升级为QFN封装,提高了器件的可焊接性。yRVednc

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智融140W双C口氮化镓车充方案率先在业界实现百瓦级DC-DC应用,填补了氮化镓功率器件在DC-DC快充领域空白。借助氮化镓功率器件,这套车充方案可以实现更高的转换效率和功率密度。yRVednc

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PC电源yRVednc

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随着硬件性能的发展,CPU、显卡等耗电大户的功耗越来越高,相应地对电源功率的要求也随之提高。在常见的ATX、SFX、1U Flex等电源规格中,已经开始有厂商尝试通过使用氮化镓功率器件,来提升电源的输出功率和转化效率,如华硕最新推出的ROG THOR 雷神 1600W电源yRVednc

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近期,珠海镓未来科技有限公司针对中国国标强制法规GB 20943以及欧洲电工标准化委员会IEC 61000-3-2的要求,采用自研的G1N65R150TA和G1N65R050TB两款低动态内阻Cascode氮化镓器件,搭配瞻芯电子IVCC1102芯片,实现了700W智能混合信号无桥图腾柱 PFC +LLC量产电源解决方案,其满载效率高达96.72%,符合80PLUS钛金能效。yRVednc

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除了700W电源方案外,镓未来还基于G1N65R150PB和G0N65R070PB两款低动态内阻Cascode氮化镓器件,搭配安森美NCP1680,实现了330W基于氮化镓器件的智能混合信号无桥图腾柱 PFC +LLC 电源能效量产解决方案yRVednc

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镓未来这套方案功率密度高达23.1W/in³,适合工作在0-40℃温度环境下,支持90-264V~50/60Hz全球宽范围电压输入,以及20V16.5A输出,最大输出功率330W。满载效率≥96.4%,输出电压纹波<300mV,表现优秀。yRVednc

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服务器电源yRVednc

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对于服务器电源而言,为了追求更高的稳定性,避免灰尘、潮湿空气等因素干扰,往往采用电源本体全封闭设计,使用被动散热结构,对内部器件发热提出了更严格的要求。yRVednc

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而氮化镓功率器件低温升的优势可以帮助服务器电源保证温控的同时,实现更高的功率输出。灵刻微近期就推出了一款360W服务器电源,通过使用氮化镓技术以及大面积散热片,实现了大功率被动散热的服务器设计。成为免维护电源。yRVednc

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灵刻微360W服务器电源采用PFC+LLC的架构,固定12V输出,输入使用安森美NCP1654 CCM PFC升压控制器搭配东微MOS管及华润微碳化硅二极管。LLC采用意法L6699控制器搭配两颗能华CE65D150DNBI氮化镓功率器件以及恒泰柯NMOS。使用两颗变压器,输入串联,输出并联,满足30A大电流输出能力。yRVednc

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笔记本适配器yRVednc

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以性能为核心的游戏本,火力全开时功率需求往往已经超过USB PD 100W上限,需要使用原装适配器才能保证性能释放,而原装适配器多为又大又重的“板砖”,不利于携带。yRVednc

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作为第三方配件厂商,尚巡此前就针对游戏本、性能本用户的这一痛点,推出了多款功率在百瓦之上的氮化镓电源适配器,让游戏玩家也能体验到氮化镓充电器小巧强大便携优势。其中就包括充电头网拆解的一款120W氮化镓适配器。yRVednc

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充电头网通过拆解发现,这款适配器内置PFC功率因数校正电路,采用LLC+SR高性能架构。以恩智浦TEA2016AAT+TEA1995方案为核心,分别搭配英诺赛科氮化镓功率芯片和谷峰MOS管组成开关电源部分,实现效率和功率密度的提高,性能明显优于常规反激方案。yRVednc

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除了120W氮化镓适配器外,尚巡最新推出了一款230W氮化镓适配器,充电头网也对其进行了拆解。采用的是PFC+LLC的高性能架构,支持100-240V宽电压输入,固定20V电压输出,标称最大输出电流可达11.5A,可以满足联想拯救者Y7000P等游戏本的充电需求,并且获得了CCC认证,品质可靠。yRVednc

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用料方面,这款适配器选用恩智浦TEA2016AAT+TEA2095全套控制器方案,芯片集成度高,外围电路简单,同时内置了四颗英诺赛科氮化镓开关管和一颗美浦森碳化硅二极管,提升整机性能,电容方面,选用永铭推出的氮化镓快充专用电容滤波,为笔记本电脑提供稳定的输出。yRVednc

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户外电源yRVednc

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当前市面上许多户外电源的内部设计都十分紧凑,对应的供电器件面积也越来越小。在传统的硅器件上使用高频驱动,开关损耗会显著降低效率,阻碍功率提升。而低压氮化镓器件的应用,解决了效率下降的难题,并且还可以将频率进一步提升,使用更小的电感,减小占板面积。yRVednc

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英诺赛科近期推出了一款使用低压氮化镓器件的同步升降压参考设计,其支持12-24V输入电压范围,输出支持3.3-19.2V,支持150W输出功率,满足百瓦大功率户外应用。氮化镓高频优势可以运行在1.2MHz频率上,减小电感和滤波电容体积,为产品提供更强的竞争力。yRVednc

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英诺赛科瞄准低压市场推出的INN040W040A低压氮化镓器件,具有40V耐压,导阻仅为4mΩ,具备氮化镓无反向恢复的优势,栅极电荷仅为同规格硅MOS的二分之一不到,能够降低控制器驱动压力,缩短死区时间。并支持更高的开关频率,减小电路体积并提高转换效率。yRVednc

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英诺赛科低压氮化镓器件不仅能够在同步升降压中应用,逻辑电压驱动的栅极,还可以用于同步升压,同步降压及锂电池保护应用等。在开关电路中充分发挥氮化镓导阻低,开关速度快的优势,提高频率降低损耗,提供更高效,更具有竞争力的终端解决方案,支持更加个性化的设计,同时也为碳中和、碳减排做出贡献。yRVednc

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充电头网总结yRVednc

氮化镓入选“十四五规划”后,得到了国家层面的重点鼓励发展,推动了氮化镓产业的不断壮大。随着材料生长、器件制备等技术的不断突破,氮化镓高效节能的优势正逐渐显现,一个应用前景广阔的市场已经形成。yRVednc

自2018年来,氮化镓在消费类快充领域的应用已经进入了快车道。而在未来数年的时间里,除了前文提到的多个应用场景外,基于氮化镓的电子器件还将广泛应用于激光雷达、5G通信、新能源汽车、轨道交通、太阳能、风力发电、特高压、人工智能、数据中心等领域,成为人们数字生活中一项必不可少的核心技术。yRVednc

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