详解PI 1250V PowiGaN开关特性及其与Si、SiC开关的性能对比

如今，PowiGaN已经在超过60个的市场应用当中得到广泛使用，并获得一致好评。

这得益于家电应用更注重高效率和轻重量的特性，而采用PowiGaN可以达到93%的效率，无需使用散热片，还可以缩小系统尺寸，在待机模式下给负载提供更大的功率。在工业应用中，采用PowiGaN可以提供更高的电压，同时拥有更多裕量及更强的耐用性，尤其是在由277VAC及三相电供电的室外照明应用中，以及在印度及某些热带地区电网不稳定环境的应用中，非常适用。

Power Integrations是一家全面覆盖不同耐压的Si、GaN和SiC产品的公司。继750V、900V高电压GaN器件上市之后，PI在10月30日又推出使用1250V PowiGaN开关的InnoSwitch™3-EP，可以在某些小于750VDC的应用中取代SiC。

适用于更高供电电压的1250V PowiGaN

InnoSwitch™3-EP 1250V IC是一款高度集成的反激式开关IC，采用1250V的PowiGaN™开关技术可以将开关损耗降低到相同电压下同等硅器件开关损耗的三分之一，使得功率变换的效率可以达到93%，同时集开关、保护、反馈及同步整流（SR）驱动于一体，提供多种功率开关选项，包括725V硅开关、1700V碳化硅开关以及其它衍生出的750V、900V和现在1250V耐压的PowiGaN开关，适用于家电、工业、汽车等全球多种应用。此外，它具有FluxLink™安全隔离反馈功能，无需光耦器。在高达85W输出功率的情况下无需散热片。

PI的InnoSwitch™3系列初级开关涵盖Si、GaN和SiC。PI技术培训经理Jason介绍说：“InnoSwitch™3-EP 1250V IC，在680VDC母线电压下，在关断时开关两端的最高电压可达830V，这举例其最高耐压值还有420V的电压裕量，也就是说具有大于66%的降额，大大地提高了产品的安全可靠性。”

Si、SiC和PowiGaN开关的性能对比

为了更加真实、直观地反映出PowiGaN开关的性能，PI对自己的Si、SiC和PowiGaN开关的性能进行了横向对比。PI用一块板子做不同电压下的性能测试，不同测试的差别是仅更换InnoSwitch™3-EP器件，每种InnoSwitch™器件都选择其最适宜的输出功率，观察器件在同一块板上的效率表现。

我们可以看到，随着输入电压提高，650V、725V、900V的Si开关方案的效率出现下降。

在低电压下，1250V的PowerGaN开关方案相较于650V的Si开关方案效率提升了1%，这也意味着损耗降低20%，工作温度降低20%。而在更高电压下，1250V的PowerGaN开关方案与1700V的SiC开关方案的效率非常接近。

在高压反激类的应用中，PowiGaN开关优于MOSFET。Jason表示，因为开关损耗按开关电压的平方关系而增加；对于硅器件，其V_DS额定耐压的增加会导致其R_DS(ON)急剧增加，这样会造成导通损耗的增大。而为了降低R_DS(ON) 则必须增大晶圆尺寸，这样会导致开关电容容量（C_OSS）的增加，进而造成开关损耗增大。在700VDC下，C_OSS（硅）>>>C_OSS（GaN）。因而硅开关并不适合高压母线下的开关应用，尤其在功率比较大的应用环境下。

在750VDC电压下，PowiGaN开关的开关损耗约为同等硅MOSFET开关的1/3。更小的晶圆尺寸及更高的效率利于使用更小的封装。1200V 的Si MOSFET需要使用TO-247封装，外壳尺寸为20x15mm，R_DS(ON) = 690mΩ，而1250V PowiGaN开关InnoSwitch™3-EP (INN3629C)则可以使用更小巧的InSOP-24D封装，外壳尺寸为9.4x11mm，R_DS(ON) = 440mΩ。

PI现已推出采用1250V PowiGaN的InnoSwitch™3-EP IC产品支持材料，包括90-480VAC输入、12V、5A输出、小于30mW的空载功耗的DER-1025 60W参考设计，数据手册及设计支持工具，样品器件，并已开始接受批量订单。

PI正在大力推进GaN的发展。PI认为GaN代表着功率变换的未来，原因之一是GaN的开关技术极具成本效益。此外，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；针对不同功率水平/电压的应用，可与硅、SiC开关技术无缝切换；在更高的电压及更大的功率扩展了系统性能的选择范围。

Jason表示，PI现在拥有从低压450V到高压1250V母线电压的全系列的GaN产品，未来PI还会推出替代1700V SiC的GaN产品，这样PI全系列的产品都可以用GaN来实现。

Power Integrations技术副总裁Radu Barsan表示：“Power Integrations不断将高压氮化镓技术的开发和商业应用推进至业界最高水平。这甚至淘汰了业界最好的高压硅MOSFET的使用。我们于2019年即率先向市场大批量出货了基于氮化镓的电源IC产品，并于今年早些时候推出了基于氮化镓的900V的InnoSwitch™新品。我们持续开发更高电压的氮化镓技术，比如本次推出的1250V新品。我们致力于将氮化镓的效率优势扩展到更广泛的应用领域，包括目前使用碳化硅技术的应用领域。”

从减少电子废弃物到提高产品的能源效率再到拓展终端市场，PI正利用自身的领先技术不断推动产品创新设计，引领绿色未来发展。