比起基於矽(Si)的方案，氮化鎵(GaN)具有更高的能源轉換效率，在能源議題越來越受到關注的趨勢下，GaN隨著技術逐漸成熟，正不斷拓展其應用範疇。德州儀器(TI)近日推出650V三相GaN智慧功率模組(IPM)DRV7308，適用於250W馬達驅動器應用，可為大型家用電器及暖通空調(HVAC)帶來逆變器(Inverter)效率達到99%以上的優秀效能。
TI馬達驅動器事業群經理Nicole Navinsky表示，高電壓家電與HVAC系統的設計師致力於滿足更高的能源效率標準，以支援全球環境永續發展目標。同時，產品設計也須要滿足消費者對於系統在可靠、安靜且精巧等方面的需求。TI全新的GaN IPM可協助工程師設計出符合上述需求的馬達驅動器系統。
Navinsky指出，「效率」是GaN最大的優點。高能源效率除了有助節能，由於功率耗損減少，也能有效改善熱性能。在250W(含)以下的應用中，若採用MOSFET或IGBT技術以實現97%的能源效率，通常需要採用散熱器(Heat Sink)來處理能量損耗而產生的熱；GaN技術的能源效率更高，因為損失能量而產生的熱更少，例如TI GaN IPM可使逆變器效率達到99%以上，因此在250W的應用無須使用外部散熱器(圖1)。
圖1 TI GaN IPM與IGBT的效率性能比較 (圖片來源：德州儀器)
由於整合式GaN技術可提升功率密度，GaN也能夠降低解決方案的尺寸與成本。TI採用GaN技術的新款IPM，尺寸僅12mm×12mm，成為業界在150W~250W馬達驅動應用中最小巧的IPM。相較於其他IPM解決方案，其馬達驅動逆變器印刷電路板(PCB)尺寸可縮減達55%。此外，DRV7308可達到低於業界的失效時間和低傳播延遲，兩者均不到200ns，因此能實現更高的脈衝寬度調變(PWM)切換頻率，減少噪音和系統振動。
全球對電器與HVAC系統的效率標準，如SEER、MEPS、能源之星和Top Runner等，皆日趨嚴格。業者正持續追求在不增加系統成本的前提下，為家用電器設計出更精巧、更可靠且更節能的馬達驅動器。IPM能夠藉由GaN更高的能源效率和功率密度提供更符合業界需求的方案，此次TI結合該公司在GaN 650V和無刷直流馬達的經驗推出GaN IPM，有助加速GaN進入家電領域，未來發展可期。