全球能源需求持續成長，但產生更多電力能源的技術創新則相對較為有限；透過第三代半導體材料如氮化鎵(GaN)與碳化矽(SiC)的創新將會縮小此差距，讓人們能以較少的功率完成更多的任務，採用先進的半導體封裝技術與拓墣結構，才能在成本、可靠度、元件封裝與系統性能進一步提升。
德州儀器(TI)近日拓展其高壓電源管理產品組合，推出適用於汽車及工業應用的650-V 及 600-V 氮化鎵場效電晶體(GaN FET)，整合快速開關的2.2MHz閘極驅動器，相較於既有解決方案，其能協助工程師實現電源密度加倍、效率高達99%，且電磁尺寸縮小59%。TI運用特殊氮化鎵及矽基氮化鎵(GaN-on-Si)基板技術，研發最新場效應電晶體(FET)，在成本與供應鏈方面均優於碳化矽等其他基板材質。
汽車電氣化正顛覆汽車產業，消費者也希望充電能更快速、續航力更長，故工程師必須設計出體積更小、重量更輕的車載系統。TI的車用GaN FET，相較於矽或碳化矽解決方案，電動車車載充電器和DC/DC轉換器尺寸可減半，進而延長電池續航力、提升系統可靠度、降低設計成本。在工業設計中，AC/DC供電應用(如5G電信整流器、伺服器電源供應器)重視低損耗及縮減的電路板面積，新裝置可達到高效率及電源密度要求。
Strategy Analytics動力系統、車體、底盤與安全服務總監Asif Anwar表示，氮化鎵等寬能隙半導體(wide-bandgap semiconductor)技術在電力電子領域應用逐漸擴展，但目前在xEV市場的普及率仍有限，尤其是高電壓系統。TI以矽基氮化鎵裝置，結合矽驅動器技術，將氮化鎵導入新應用。
TI電源管理元件加速工業設計創新
TI 高壓電源事業部氮化鎵產品線經理Steve Tom指出，工業和汽車應用愈來愈需要在更小的空間內提供更大的電源，設計人員推出的電源管理系統必須在終端設備內長期穩定運作，TI研發氮化鎵技術，完成超過4000萬小時可靠性測試，以及超過5GWh的電源轉換應用測試，協助工程師在各市場滿足終生可靠的要求。
在高電壓、高密度應用中，縮小電路板面積為重要設計考量。當電子系統尺寸縮小後，其中元件也須隨之縮小，並縮短元件彼此間的距離，Tom表示，TI最新GaN FET整合快速開關驅動器、內部保護及溫度感測，協助工程師達到高性能，同時縮小電源管理設計的電路板空間。這項整合搭配TI氮化鎵技術的高電源密度，讓工程師設計分離式解決方案時，不需使用十多項元件；此外，在半橋式配置(half-bridge configuration)中，每個30-mΩ FET可支援最高4kW的電源轉換。
氮化鎵具備快速開關優勢，能打造體積更小、重量更輕、效率更高的電源系統，過去為了提高開關速度，總得犧牲功率。Tom說明，為了減少功率損耗，最新GaN FET運用TI的二極體模式。以PFC為例，相較於分離式的氮化鎵和碳化矽金屬氧化物矽FET(MOSFETs)，二極體模式減少的第三象限損耗高達66%；理想二極體模式不需要自適應性死區控制(adaptive dead-time control)，故可降低韌體複雜度及縮短研發時間。