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打造高效率USB PD充电器 氮化镓(GaN)是解方

荷兰商包尔英特台湾分公司工程应用经理吴建益。

USB Power Delivery(USB PD)是USB开发者论坛发布的USB充电标准与技术,主要是为了解决过去各种行动装置如笔记本电脑、手机的充电接口各行其是,导致市面上所有充电器皆无法跨品牌兼容的问题,且USB PD让所有充电、资料传输用一条线就能完成,在这个协定基础上,电源业者持续发展电源效率更高、温度更低、尺寸更小的充电器,而氮化镓(GaN)正是解方。

与矽相比,氮化镓拥有显著的效率和尺寸优势,一般预料在许多电源应用中,矽晶体管将快速转换为氮化镓,对此,荷兰商包尔英特(Power Integrations;PI)是积极的推动者,对于氮化镓相关技术和元件多有著墨,PowiGaN就是其一。

用GaN开关替换矽晶体管,降低耗电

荷兰商包尔英特台湾分公司工程应用经理吴建益说明,PowiGaN是Power Integrations自行研发的氮化镓技术。在Power Integrations高度集成的离线反驰式开关IC中,PowiGaN开关替代一次侧的传统矽晶体管,进而降低开关损耗,和矽元件相比,PowiGaN产品可实现体积更小、重量更轻、效率更高的充电器、适配器和开架式电源。

简而言之,用GaN开关替换常规高压矽晶体管,可以降低电流流动期间的传导损耗,并极大化降低工作时的开关损耗,最终有助于大幅降低电源的能耗,进而提高效率。

PowiGaN不仅在线电压和整个负载范围内的效率高达94%,且非常坚固耐用,使其能够在主电源电压经常不稳定的区域,强力抵抗线电压突波和线电压上升。这项特点让OEM可以应用在全球使用的单一电源供应器设计。

此外,使用Power Integrations的2.3.4版Power Integrations Expert Online电源设计软件,工程师可以利用这款基于Web的程序,将规格参数转换为现成的解决方案,让设计过程从数天缩减至几分钟。

提供100W功率,无需散热器

Power Integrations推出的PowiGaN产品包括InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP、InnoSwitch3-Pro X等,能应用于行动装置、机上盒、显示器、家电、网络和游戏产品的USB PD及高电流充电器/转换器等高效率返驰式设计,提供不受外部元件影响的精准CV/CC/CP,并可轻松连接到快速充电的通讯协定IC。其中,InnoSwitch3-CP最适合恒功率充电,InnoSwitch3-EP最适合开架式电源,InnoSwitch3-Pro则适合可动态控制的电压及电流。

值得一提的,在封闭式适配器应用中,透过节省空间的InSOP 24D表面接合封装,可提供高达100W的功率,且无需散热器。准谐振InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-Pro IC,将一次侧功率切换开关、一次侧和二次侧控制(两者之间有安全隔离高速连结FluxLink),以及二次侧SR驱动器与回授电路集成在单一表面接合封装中。

InnoSwitch3的效率和输出功率,在PowiGaN的技术架构上有了长足的优化,而采用PowiGaN氮化镓技术的InnoSwitch 3切换开关IC迄今已出货已达800万颗,成果耀眼。

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