“為氮化鎵技術(shù)樹立新標(biāo)桿（New Benchmark）”,，一向保守的Power Integrations（PI）罕見用這么富有沖擊力的標(biāo)題來發(fā)表一顆新品IC——1700V額定耐壓的氮化鎵InnoMux2,，采用公司專有的PowiGaN技術(shù)制造而成,，是業(yè)界首款,，也是唯一一顆1700V氮化鎵開關(guān)IC,。

在幾天前的投資者會議上,，CEO Balu Balakrishnan特別提到：“許多工業(yè)客戶更喜歡在三相應(yīng)用中使用更高的電壓額定值,，以防止浪涌和尖峰電壓，尤其是在交流電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的地區(qū),。同時在電動汽車市場,，1700 伏額定值對于 800 伏和 1000 伏電池系統(tǒng)中的反激式電源至關(guān)重要，而目前只有碳化硅才能解決這個問題,?！?br>
據(jù)悉，此次新品發(fā)布時,，CEO更是難得一見的發(fā)表了全員信,，以鼓勵大家在氮化鎵領(lǐng)域的創(chuàng)新，也表明了PI對此產(chǎn)品的自豪與重視,。

日前,，PI 資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光也詳細(xì)講解了最新的InnoMux2創(chuàng)新之處，作為1700V氮化鎵業(yè)界的首款產(chǎn)品,，著實配得上“新標(biāo)桿”這一稱號,。

1700V意味著什么？

對于如今大火的寬禁帶半導(dǎo)體而言,，目前普遍認(rèn)知是氮化鎵適合中低壓而碳化硅的耐壓更強,，同時氮化鎵的成本優(yōu)勢顯著大于碳化硅，而通過1700V氮化鎵,，PI再次證明了“魚與熊掌”可以二者兼得,。

更高電壓具有多項好處，隨著對于功率與效率增加的需求與日俱增,，電壓正在不斷提升,，因為更高的電壓意味著可以降低電流，根據(jù)功率P=I2R,，可以有效減少功率傳輸過程中的損耗,。同時,，更高的耐壓也可以更簡單的應(yīng)對電網(wǎng)波動。

1700V的PowiGan在1360V時可以提供80%的降額,，這非常適合汽車充電器,、太陽能逆變器、三相電表和各種工業(yè)電源系統(tǒng)等場景中,，可取代昂貴的碳化硅,。

PI這些年不斷在耐壓性方面進(jìn)行革新，閻金光簡要的盤點了PI近年來的創(chuàng)新,，2018年P(guān)I就推出了集成750V耐壓的氮化鎵產(chǎn)品Innoswitch,，徹底改變了手機充電器市場。2022年,，PI繼續(xù)推出900V耐壓的產(chǎn)品,，滿足了550VDC下20%的降額，2023年推出了1250V產(chǎn)品,，繼續(xù)推高氮化鎵的裕量和耐用性,，但“天空才是盡頭”，所以才有了如今的1700V 氮化鎵,。

實際上,，1700V的碳化硅技術(shù)PI也有，但是閻金光表示,，氮化鎵在價格上更具優(yōu)勢,，包括材料、生產(chǎn)工藝,、切割等方面,，都是全面超越了碳化硅?！疤蓟枰呀?jīng)生產(chǎn)了這么多年,，成本也沒有降到足夠低，就是因為技術(shù)瓶頸很大,，反觀氮化鎵近年來的成功已經(jīng)足夠證明了,。”閻金光說道,。

為什么PI能做出來

在短短不到兩年間,，PI就多次刷新氮化鎵的耐壓記錄，閻金光解釋了PI擁有的專利技術(shù),。

和硅MOSFET一樣,，氮化鎵也分為耗盡型（D-MODE）和增強型（E-MODE）兩種，天然情況下氮化鎵是常通也就是耗盡型,，主要原因是GaN晶體與AlGaN（氮化鋁鎵）等其他材料的異質(zhì)結(jié)界面上,，會自然形成一個高濃度的二維電子氣層,。這個2DEG層具有很高的電子密度和電子遷移率，因此導(dǎo)電性非常強,。這個特性意味著，在未施加?xùn)艠O電壓的情況下,，電流可以在氮化鎵通道中自由流動,，從而使得器件在默認(rèn)狀態(tài)下是導(dǎo)通的。

為了提高安全性,，需要將器件從天然的常通改造成增強型的常關(guān),，這需要復(fù)雜的工藝。但是,，PI通過級聯(lián)（Cascode）方法,，在氮化鎵下面串聯(lián)了一個MOSFET，從而實現(xiàn)了安全可靠且簡便的控制方法,，這種架構(gòu)也決定了可以開發(fā)出更高耐壓的氮化鎵,。閻金光也強調(diào)，雖然串聯(lián)方法下導(dǎo)通電阻會稍大一些,，但是卻能保證產(chǎn)品的高可靠,，高耐壓，這樣才能發(fā)揮出氮化鎵的真正優(yōu)勢,。

“技術(shù)路線的選擇非常重要,，實際上當(dāng)時我們推出1250V產(chǎn)品時，它真正能夠承受的耐壓達(dá)到了2100V,，現(xiàn)在我們1700V的產(chǎn)品實際耐壓還可以更高,，所以未來依然值得期待?！遍惤鸸庹f道,。

InnoMux2的架構(gòu)創(chuàng)新

除了更高的耐壓，InnoMux2還有一個創(chuàng)新,，就是在多路輸出時,，單芯片就可以保證每路輸出的調(diào)整精度都控制在1%以內(nèi)，從而無需后級穩(wěn)壓器,，通過單極調(diào)壓,，將三路及以下的多路輸出系統(tǒng)效率提高了約10%，同時還會節(jié)約器件數(shù)量及PCB面積,。

總體而言,，InnoMux2采用“能量多路傳輸”的概念，根據(jù)即時需求將能量多路傳輸?shù)礁鱾€輸出,，可對每個輸出提供精確,、獨立的調(diào)整,。另外通過高頻分批且智能的發(fā)送能量至負(fù)載電源軌上，還有效避免了變壓器的低頻噪聲,。（關(guān)于InnoMux2的架構(gòu)創(chuàng)新,，更多可參見此前文章：DC-DC變換器正在從即將消亡到開始被替代 https://news.eeworld.com.cn/dygl/ic662043.html）

另外，閻金光還提到了InnoMux-2獨特的SR-ZVS技術(shù)可在多路輸出的反激式電源設(shè)計中實現(xiàn)零電壓開通（ZVS）,，且不需要有源鉗位或任何額外器件,。通過ZVS，可在1000VDC下保證開關(guān)損耗的降低,。


如圖所示,，PI最新的1700V InnoMux2，相比此前通過StackFET串聯(lián)分壓實現(xiàn)高壓解決方案相比,，既實現(xiàn)了多路高精度輸出,，同時還保證了系統(tǒng)效率最大化以及成本和尺寸的最小化。
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PI參考設(shè)計DER1053：利用InnoMux2實現(xiàn)60W雙路輸出參考設(shè)計的Demo板,，格外的簡潔漂亮,。


根據(jù)參考設(shè)計中的實測結(jié)果，無散熱片及強制風(fēng)冷的自然情況下,，即便是1000VDC下,，InnoMux2也展現(xiàn)出了驚人的溫度特性，溫升遠(yuǎn)低于PCB上的其他組件,，足見產(chǎn)品的超高能效,。

同時，PI一直以來的隔離技術(shù)FluxLink也繼續(xù)被用于最新的InnoMux2中,。正如PI技術(shù)副總裁Radu Barsan所總結(jié)的：“我們快速推進(jìn)氮化鎵產(chǎn)品的研發(fā),，在不到兩年的時間內(nèi)實現(xiàn)了三項全球首創(chuàng)的額定耐壓水平：900V、1250V以及現(xiàn)在的1700V,。我們的新型InnoMux-2 IC整合了1700V氮化鎵技術(shù)和其他三項最新創(chuàng)新技術(shù)：獨立,、精確的多路輸出調(diào)整技術(shù)；FluxLink次級側(cè)控制(SSR)數(shù)字隔離通信技術(shù),；以及幾乎消除了開關(guān)損耗的不需要有源鉗位的零電壓開關(guān)(ZVS)技術(shù),。”

氮化鎵正在成為主流

“我們開發(fā)了專有的 GaN 工藝和設(shè)備設(shè)計,，考慮了成本,、可靠性、易用性,、電壓和功率這五個關(guān)鍵屬性,，并且我們正在對每個屬性進(jìn)行規(guī)劃。我們很早就得出結(jié)論，即使性能優(yōu)越,，我們的 GaN 也必須在成本上與硅競爭才能實現(xiàn)大規(guī)模采用,。在過去六年中，我們執(zhí)行了一項積極的成本削減路線圖,，使我們的 GaN 接近最先進(jìn)的硅 MOSFET,，但性能卻優(yōu)越得多?！盋EO Balu Balakrishnan表示,。

Yole Group化合物半導(dǎo)體部門市場活動經(jīng)理Ezgi Dogmus也表示：“到2029年底，功率氮化鎵器件市場規(guī)模將達(dá)到20億美元,，并將擴展到各個應(yīng)用領(lǐng)域,，與碳化硅器件相比,，其成本優(yōu)勢更具吸引力,。”


閻金光也給出了自己對市場的觀察總結(jié)：目前在100W的電源市場中,，氮化鎵已經(jīng)獲勝,，而在更多高功率，甚至到了100kW的應(yīng)用,，也在開始嘗試氮化鎵產(chǎn)品,。

而現(xiàn)在，PI的野心不止是與硅搶奪市場,，還正打算“碰瓷”碳化硅,，無論是在成本還是效率方面，氮化鎵確實優(yōu)于碳化硅,，1700V耐壓也給了PI足夠的勇氣,，未來還將繼續(xù)圍繞高耐壓的產(chǎn)品與PI的獨特電路控制技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新組合。

“我認(rèn)為我們公司的未來將是氮化鎵,?！盉alu如是說道。