罗姆推出650VGaN HEMT和栅极驱动器

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罗姆面向数据中心电源等领域,推出了全新的氮化镓IC——集成了650VGaN HEMT和栅极驱动器,相比硅器件,这款IC体积缩小了减少99%,功耗降低55%,而且外围器件也减少大约89%,非常方便易用。

罗姆的EcoGaN究竟是如何做到的?对此,“行家说三代半”采访了罗姆半导体(上海)有限公司技术中心副总经理周劲

罗姆ECOGaN:

器件体积减少99%,功耗降低55%

在理想情况下,65%的硅基功率器件应用都可以采用氮化镓进行替代,但由于GaN功率器件具有开关速度快、栅极击穿电压低、反向续流损耗大等特点,传统驱动芯片无法高效可靠地驱动GaN功率器件。因此,工程师在采用GaN HEMT进行电源设计时并不轻松。

通常GaN Hemt驱动存在2个难题:驱动电压低,容易误启动;栅极耐电压低,栅极容易损耗,因此需要专门的驱动器,不仅增加了设计复杂度,也额外增加了系统成本。

栅极驱动器

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在这种的背景下,周劲告诉“行家说三代半”,罗姆通过结合自身所擅长的功率和模拟2种核心技术优势,开发出了集650V GaN HEMT和栅极驱动器于一体的Power Stage IC——BM3G0xxMUV-LB,这款产品能够帮助电源工程师轻轻松松解决GaN器件的应用难题。

栅极驱动器

首先,外围器件减少89%

目前市场上的常见GaN Hemt驱动是将栅极驱动电压精准控制在6V以下,并通过增设电容来解决过充的额定电压。据周劲介绍,这种方式通常需要外置9颗器件,导致工程师增加了额外的设计工作,系统成本也较高。

栅极驱动器

为解决此问题,罗姆透过独家研发技术,将GaN的闸极–源极额定电压提升至8V,此设计将既有的额定电压容限扩大一倍,可避免GaN元件受过充电压影响,从而强化产品可靠性,而且,罗姆Power Stage IC的外置相关器件只有1颗,相比其他厂商减少大约88.88%,所以有助于降低设计工作负担与电容增设成本。

其次,与Si MOSFET相比,罗姆Power Stage IC的器件体积可减少约99%,功率损耗可降低约55%,因此可同时实现更低损耗和更小体积。

栅极驱动器

第三,在高功率密度电源系统应用中,如何降低系统EMI噪声和损耗是GaN驱动面临的一个重要挑战。

罗姆半导体采用专用的栅极驱动器,并通过新增EMI控制、LDO和温度保护等新功能,有效降低了dV/dt及开关损耗,并解决了栅极振荡、误导通、EMI噪声等可靠性问题。

栅极驱动器

第四,罗姆的EcoGaN还具有更宽的驱动电压范围(2.5V~30V)、启动时间短、传输延迟时间短等特点,因此能够很好地支持各种一次侧电源电源,例如反激式、交错式PFC、半桥拓扑和图腾柱PFC等。

栅极驱动器

罗姆表示,未来他们内置650V GaN Hemt的EcoGaN Power Stage IC的产品阵容还将持续多大,预计2024年Q1推出准谐振AC-DC产品和功率因数改善产品,2024年Q2推出半桥GaN产品,从而让工程师借此缩短产品开发周期,加快产品上市步伐。

栅极驱动器

中国数据中心将增长70%

能耗或超3个三峡电站

在人工智能、云计算、大数据等技术拉动之下,尤其是ChatGPT的“声名大噪”,进步一推动了全球数据中心建设爆发式增长。

以中国为例,2022年底,全国在用标准机架总数超过650万架,预计2025年机架总数将超过1100万,相比2022年增长超过69%

然而,数据中心是能耗大户——2021年我国数据中心能耗总量为1116亿千瓦时,约等于三峡电站1年的发电量;预计到2030年能耗总量将达到约3800亿千瓦时,约等于3个三峡电站的全年发电量。

为了迫使数据中心降低能耗,工信部要求新建大型、超大型数据中心的电能使用效率值达到1.4以下。

据不完全统计,传统服务器中大约有三分之一能量在功率转换中被消耗,目前硅基功率器件特性已接近理论极限,阻碍了服务器电源系统效率的进一步提升,所以亟需向氮化镓技术靠拢,以实现更好的成本效益、能效效益。

据测算,氮化镓功率芯片可以为数据中心减少高达10%的用电量,如果再配合推进数据中心UPS电源及制冷系统的电源替代,其节能效果有望达到20%

编辑:黄飞

 

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