【導讀】氮化镓技術，通常稱為 GaN，是一種寬帶隙半導體材料
，越來越多地用於高電壓應用。這些應用需要具有更大功率密度
、更高能效
、更高開關頻率、更出色熱管理和更小尺寸的電源。除了數據中心，這些應用還包括 HVAC 係統、通信電源、光伏逆變器和筆記本電腦充電電源。

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氮化镓正取代矽，越來越多地用於需要更大功率密度和更高能效的應用中

作為提供不間斷連接的關鍵，許多數據中心依賴於日益流行的半導體技術來提高能效和功率密度。

氮化镓技術
，通常稱為 GaN，是一種寬帶隙半導體材料，越來越多地用於高電壓應用。這些應用需要具有更大功率密度、更高能效、更高開關頻率
、更出色熱管理和更小尺寸的電源。除了數據中心，這些應用還包括 HVAC 係統

、通信電源、光伏逆變器和筆記本電腦充電電源。

了解 GaN 如何突破功率密度和效率界限。

德州儀器 GaN 產品線負責人 David Snook 表示：“氮化镓是提高功率密度和提高多種應用中電源係統和電源效率的關鍵一步。在設計中使用 GaN 的公司數量正在迅速增長。降低功耗和提高效率至關重要。”

在過去 60 多年裏

，矽一直是半導體電源管理元件的基礎

，這些元件將交流 (AC) 轉換為直流 (DC)，然(ran)後(hou)根(gen)據(ju)各(ge)種(zhong)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)將(jiang)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)輸(shu)入(ru)進(jin)行(xing)轉(zhuan)換(huan)
，從(cong)手(shou)機(ji)到(dao)工(gong)業(ye)機(ji)器(qi)人(ren)，不(bu)一(yi)而(er)足(zu)。隨(sui)著(zhe)元(yuan)件(jian)的(de)改(gai)進(jin)和(he)優(you)化(hua)
，矽(gui)的(de)物(wu)理(li)特(te)性(xing)已(yi)得(de)到(dao)充(chong)分(fen)應(ying)用(yong)。如(ru)今(jin)，在(zai)不(bu)增(zeng)加(jia)尺(chi)寸(cun)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)
，矽(gui)已(yi)無(wu)法(fa)在(zai)所(suo)需(xu)的(de)頻(pin)率(lv)下(xia)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)功(gong)率(lv)。

因此，在過去十年間，許多電路設計人員轉向采用 GaN
，以便在更小的空間裏實現更高功率。許多設計人員對於該技術將在未來創新中發揮的潛能充滿信心，主要歸因於以下三點：

原因 1：GaN 已取得發展。

做為半導體應用，盡管 GaN 相對於矽來說較新，但已經發展了多年並具有一定可靠性。德州儀器 GaN 芯片通過了 4,000 萬小時以上的可靠性測試。即使在數據中心等要求嚴苛的應用中
，其有效性也顯而易見。

David 表示：“隨著消費者和企業對人工智能、yunjisuanhegongyezidonghuadengyingyongdeshujuliangdexuqiubuduanzengchang
，quanqiufanweineixuyaoyuelaiyueduodeshujuzhongxin。yaoshishujuzhongxinzaibuhuiguoliangzengjianenghaodeqiantixiashangxian，xuyaoshi 現更高效的服務器電源，而 GaN 是實現這類電源的關鍵技術。”

原因 2：使用 GaN 的係統級設計可節省成本。

盡管現在按芯片級別比較
，GaN 比矽昂貴
，但 GaN 所帶來的整個係統的成本優勢

、效率和功率密度的提高超過了初始投資的價值。例如
，在 100 兆瓦數據中心中，使用基於 GaN 的電源管理係統，即使效率增益僅為 0.8%，也能在 10 年間節約 700 萬美元的能源成本。節約的能源足夠 80,000 個家庭，也就是大約一個小型城市，使用一年。

德州儀器電源設計服務團隊總經理 Robert Taylor 表示：“GaN 技ji術shu可ke在zai較jiao高gao頻pin率lv下xia運yun行xing
，進jin而er可ke實shi現xian一yi些xie具ju有you更geng低di物wu料liao清qing單dan成cheng本ben的de拓tuo撲pu和he架jia構gou。得de益yi於yu較jiao高gao的de運yun行xing頻pin率lv
，工gong程cheng師shi還hai可ke以yi在zai設she計ji中zhong選xuan擇ze較jiao小xiao型xing的de其qi他ta元yuan件jian。GaN 提供了矽芯片所不支持的拓撲
，使得工程師可以靈活優化其電源設計。” 

原因 3：通過集成提升了性能和易用性。

GaN FET 需(xu)要(yao)專(zhuan)用(yong)的(de)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)設(she)計(ji)時(shi)間(jian)和(he)工(gong)作(zuo)量(liang)。不(bu)過(guo)，德(de)州(zhou)儀(yi)器(qi)通(tong)過(guo)在(zai)芯(xin)片(pian)中(zhong)集(ji)成(cheng)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)一(yi)些(xie)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)，簡(jian)化(hua)了(le) GaN 設計。

David 表示：“集ji成cheng驅qu動dong器qi有you助zhu於yu提ti高gao性xing能neng並bing提ti供gong更geng高gao的de功gong率lv密mi度du和he更geng高gao的de開kai關guan頻pin率lv，從cong而er提ti升sheng效xiao率lv並bing降jiang低di整zheng體ti係xi統tong尺chi寸cun。集ji成cheng提ti供gong巨ju大da的de性xing能neng優you勢shi並bing使shi用yong GaN 簡化設計
，可使設計人員更大程度地利用這項技術的優勢。”

性能優勢

David 說：“客戶會很高興看到我們的參考設計，比如適用於數據中心的 5 千瓦圖騰柱功率因數校正設計所展示的 GaN 的de性xing能neng優you勢shi。他ta們men一yi旦dan認ren識shi到dao可ke以yi以yi更geng小xiao的de解jie決jue方fang案an尺chi寸cun實shi現xian更geng高gao的de效xiao率lv
，或huo者zhe以yi同tong樣yang的de外wai形xing尺chi寸cun實shi現xian更geng高gao的de功gong率lv水shui平ping
，這zhe會hui促cu使shi他ta們men轉zhuan向xiang使shi用yong GaN。”

例如
，一些模塊化家用空調設備製造公司采用 GaN 進行設計，將電源效率提高了 5%。

Robert 表示：“從空調耗能的角度來看
，這個數字意義重大，提高 5% 的效率可以節省一大筆資金。能用 GaN 器件實現這點真是太棒了。”

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