创造历史！氮化镓开关的耐压基准让PI提至1700V了

在我们心中，似乎耐高压、耐高温，具有高功率的碳化硅(SiC)则更适合于电力电子、新能源汽车等高压、高温环境的应用，而在高频、高效率转换方面性能优异的氮化镓(GaN)更容易在射频通信、LED照明、激光器等领域得到广泛关注。但现在这种格局正在被打破。

相比于碳化硅器件，氮化镓器件具有更低的成本优势。Power Integrations(PI)看好氮化镓的发展，在最近不到两年的时间里，已连续三次刷新氮化镓开关的耐压基准，成功实现了900V、1250V和最新的1700V的三项全球首创的额定耐压水平。

此次PI推出的1700V氮化镓InnoMux™-2 EP是InnoMux™-2系列单级、独立调整多路输出离线式电源IC的新成员。该IC采用PI专有的PowiGaN™技术，额定耐压首次达到1700V，可实现在1000VDC母线电压下超过90%的转换效率。它支持最多3组恒压(CV)输出，每路输出的调整精度都可以控制在±1%以内，采用ZVS操作的1700V PowiGaN™、单级变换，并且无需散热片，相较于传统的初级功率开关串联叠加的方案，将系统效率进一步提升了10%；单级方案的优势在于无需后级稳压器，将元件数量进一步减少了约50%以上；而高精度的输出则在电源输出端无需假负载电路，这样做可以将负载端可用的待机功率增加20%。新成员采用F封装，爬电间距更宽，也非常适合于1700V高电压环境下可能遇到的挑战，尤其可以避免类似洗衣机、空调等应用中的灰尘、潮湿环境引起的拉弧放电等问题。在汽车充电器、太阳能逆变器、三相电表和各种工业电源系统等电源应用中，这种新型器件可取代昂贵的碳化硅晶体管。

潜力巨大的1700V InnoMux™-2 IC

据Yole Group预测，从2022年到2028年，GaN功率器件市场规模将从1.849亿美元增长至20.4亿美元，复合年增长率高达49%。

从2018年的750V氮化镓开关开始，到2022年的900V氮化镓开关，2023年的1250V氮化镓开关和2024年的1700V氮化镓开关，PI一直都在积极研发推出“令人惊艳”的氮化镓产品。独创的PowiGaN™技术也已广泛应用于PI的众多产品系列，包括InnoSwitch™IC、HiperPFS™-5功率因数校正IC以及InnoMux™-2系列单级多路输出反激开关IC。

Power Integrations资深技术培训经理阎金光表示，1700V InnoMux™-2的单级架构可以大幅提高多路输出效率。该架构采用零电压开关(ZVS)技术，无需依赖后级稳压电路，即可消除相关级联的后级变换而产生的变换损耗。它的输入电压可以支持70V到1000V的直流母线电压范围，因为每个输出都有反馈监控，所以能够精确控制2组或3组CV输出，在不同输入电压及负载条件下精度均可达到±1%。同时，通过单极稳压精度的提升，避免了DC-DC转换和假负载，从而有效降低待机功耗，空载输入功率可达到50mW以下。

传统提高电压的方法是采用750V PowiGaN™+串联另一个功率MOSFET的StackFET(DER-859)架构，即通过叠加初级功率开关来实现耐受更高的母线电压，但是它的效率非常低，比如在母线电压高达900V时，效率可能仅为82%。而现在使用1700V PowiGaN™(RDR-1053)的单管方案可以将效率提升至90%以上，也就意味着将损耗和需要耗散的热量降低44%，达到了与750V PowiGaN™器件相同的高效率。

如今大多数电源都是多路输出电源，并且一半以上的终端应用都是多路输出敞开式电源，单路输出敞开式电源较少。1700V InnoMux™-2 EP凭借其高达300-1000VDC的宽电压范围和1700V的额定耐压能力，可应用于高压多轨电源应用场景，如工业控制、仪表、电机控制、储能、太阳能等领域。而对于输入电压高达308VAC的应用场景，如计算机CPU、微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、通信设备、功能性电源（包括传动装置、电机、照明、加热器、扬声器、家电等）、电视机、显示器等，InnoMux™-2 EP系列也提供了650V/725V/750V多种额定耐压型号供选择，以适应传统的消费类电子产品的宽压输入范围。

Power Integrations技术副总裁Radu Barsan表示：“我们快速推进氮化镓产品的研发，在不到两年的时间内实现了三项全球首创的额定耐压水平：900V、1250V以及现在的1700V。我们的新型InnoMux-2 IC整合了1700V氮化镓技术和其他三项最新创新技术：独立、精确的多路输出调整技术；FluxLink™次级侧控制(SSR)数字隔离通信技术；以及几乎消除了开关损耗的不需要有源钳位的零电压开关(ZVS)技术。”

Yole Group化合物半导体部门市场活动经理Ezgi Dogmus表示：“据我们所知，1700V额定耐压大大高于任何其他市售的氮化镓HEMT（高电子迁移率晶体管）。到2029年底，功率氮化镓器件市场规模将达到20亿美元，并将扩展到各个应用领域，与碳化硅器件相比，其成本优势更具吸引力。”

氮化镓是目前能同时实现高频、高效率、高功率、耐高压的代表性材料，目前在消费电子充电器、电源适配器等领域具有相当强的渗透力。而随着1700V高氮化镓开关耐压基准的到来，氮化镓有望逐渐在消费电子电源、电动汽车OBC、数据中心电源、太阳能光伏逆变器等领域占据主力地位。未来，PI也将持续推出更大电流、更高电压水平的氮化镓器件，不断推动高电流、高电压GaN技术的商业化，在实现节能减排、产业转型升级中发挥更加重要的作用。