业内首款1700V氮化镓开关IC登场！高耐压且效率大于90%，PI是如何做到的

 

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）从硅产品、碳化硅产品，再到氮化镓的功率变换开关产品，PI都走在行业前列。近期，PI推出InnoMux™-2系列单级、独立调整多路输出离线式电源IC——1700V氮化镓开关IC，这是业内首款高达1700V的氮化镓开关IC。新品一出，PI再次成为在氮化镓领域首家突破额定耐压水平的电源管理芯片企业。

PI的功率变换开关持续迭代

早在2022年，PI就推出了1700V 碳化硅初级开关的汽车级高压开关电源IC，彼时，该产品以高输入电压，高输出精度，效率大于90%等优势成为业界标杆性产品。但是碳化硅生长速度缓慢，且生产过程复杂，成本高。而氮化镓开关IC可以在不牺牲性能的情况下，显著节省成本。在市场需求以及技术迭代的多重需求下，PI正式推出1700V氮化镓开关IC。

PI技术培训经理Jason Yan介绍了1700V 氮化镓InnoMux-2 IC的五大特点：一是集成了1700V的PowiGaN™开关；二是极高的多路输出效率，1000VDC输入情况下实现高于90%的功率变换效率；三是高精度输出调整；四是电路更简单，元件数更少；五是具有完善的保护。

根据介绍，PowiGaN技术是PI 自主开发的氮化镓技术。PowiGaN开关替代了 PI 高集成离线反激式开关 IC 的传统硅晶体管，降低了开关损耗，使充电器、适配器和开放式电源比硅基替代品更高效、更小巧、更轻便。截至目前，PI已经推出了750V、900V、1250V的PowiGaN开关，每一代产品都在上一代的基础上实现技术迭代，例如相对于1250V的 PowiGaN开关，新品更是增加了耐压裕量和耐用性，适用于更广泛的应用。

单级架构优势尽显：效率高达90%，损耗和热量降低44%

最受关注的是，PI此次推出的氮化镓InnoMux-2 IC支持高达1700V的耐压。一般来说，当母线电压升高的时候，开关损耗增大，输出功率能力就会下降。此时怎么把效率做得更高是最大的挑战。但1700V 氮化镓InnoMux-2 IC做到了与750V的PowiGaN器件有相同的效率。PI是如何实现极高的多路输出效率呢？

Jason Yan举例，原先750V的PowiGaN器件很难做到比400V更高的母线电压。为了能够支持更高的母线电压，传统的高压解决方案是采用StackFET的架构来实现的，即利用750V PowiGaN器件串联一个额外的功率MOSFET(参见PI的DER-859参考设计)来均分电压。不过随着母线电压的增加，开关损耗的增大，电源的整体效率会大幅下降，这种架构也会增加8个以上的元件数目，电路也更加复杂。而且由于使用了两个功率开关，也无法采用传统的有源钳位技术来实现零电压开关操作。

而PI的InnoMux-2单级架构即可实现的高精度多路输出，使得整个系统中没有后级稳压电路，这样就消除了两级变换带来的效率下降问题。同时，InnoMux-2还采用了PI一项独特的创新技术：次级侧实现的零电压开关(ZVS)技术，也就是利用现有的同步整流管实现的初级侧功率开关管的零电压开关。该技术几乎消除了功率开关的开通损耗且无需有源钳位。多项创新技术的加持，让1700V InnoMux2-EP做到90%的效率，相对于传统的Stack FET架构82%的效率，可以把损耗和热量降低了44%。

“这是一个巨大的节省，这种节省不仅体现在效率的变化，还体现在IC的温升会急剧下降。当IC的温升下降之后，就意味着可以用相同的封装尺寸实现更高的输出功率。”Jason Yan表示。1700V InnoMux-2-EP效率获得大幅提高，开关损耗也极小，所需的元件数目也大大减少。采用新推出的F封装，可以在不加金属散热片的情况下输出高达70W的功率。这对于高母线电压的多路输出应用是非常难能可贵的。

参考设计套件(RDK-1053)：1700V的PowiGaN在双路输出工业电源中的应用

（电子发烧友网摄）

除了极高的多路输出效率，1700V氮化镓开关IC能精确控制2组或3组CV输出，在不同输入电压及负载条件下精度均达+1%。单级架构还带来更多的优势，包括提升响应速度，减少了DC-DC转换和假负载，让1700V InnoMux-2 IC做到更低的待机功耗，空载输入功率小于50mW。

随着功率升高，散热设计成为一个挑战。优异的散热性能也成为1700V氮化镓开关IC被业界称赞的关键。PI公司营销副总裁Doug Bailey在接受电子发烧友网采访时表示，提高新品的散热性能有两个关键点，一方面是IC封装设计的创新。PI推出了F封装，加大引脚间距和增加爬电间距，F封装还能够把热量导到PCB板进行散热。另一方面是1700V氮化镓开关IC采用了最好的氮化镓技术，减少热量的产生。

PI公司营销副总裁Doug Bailey（电子发烧友网摄）

面向高压多轨电源领域，提供多个型号的产品

凭借高耐压的能力，PI的InnoMux2-EP面向高压多轨电源应用场景。例如对于太阳能、储能等场景，PI可以提供适用于200-1000VDC母线电压应用的的1700V耐压能力的产品。而对于计算机CPU、MCU、功能性电源以及电视机和显示器等传统应用场景，仍然可以使用面对308VAC输入电压的650/725/750V额定耐压产品。

在高压领域，一直是碳化硅器件占据主导地位，此次PI首款1700V氮化镓开关IC的发布填补了氮化镓在高压领域的空白，打造了行业的又一个里程碑。市场调研机构Yole预测，到2029年底，功率氮化镓器件市场规模将达到20亿美元，并将扩展到各个应用领域，与碳化硅器件相比，功率氮化镓器件成本优势更具吸引力。Doug Bailey在接受媒体采访时表示，未来PI还会持续推进氮化镓技术，将氮化镓开关IC应用到更多领域。

除了带来具备技术优势的1700V的氮化镓开关IC产品，在给方案公司和客户的支持和配合方面，PI可以提供什么样的支持与服务？Doug Bailey提到三个方面，一是PI提供了软件设计支持，推出了PI Expert™设计支持工具，支持平面变压器，每一个变压器设计能够根据客户具体使用需求实现定制化。二是PI提供了DEMO板，方便客户在研发阶段做测试生产。三是PI有着强大的技术支持团队，能够给客户提供技术支持。

通过上面PI这次发布的1700V的新品，我们有理由相信氮化镓会具有更广阔的市场应用，也期待在不久的将来PI 能够带给业界更大的“惊喜”。