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LED中的氮化镓技术

时间:2019-11-13 来源:中电网 关键字:氮化镓技术   GaN   LED照明   

现在大街上随处可见的LED显示屏,还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯,处处可见LED灯的身影,LED已经融入到生活中的每一个角落。氮化镓技术(GaN)在LED应用中早已不是什么新鲜事儿,最早GaN的开发初衷就是为LED而生,之后的科研人员才开始基于GaN的高频特性,陆续在射频、功率等领域进行探索。

不过时至今日,GaN依然主要是在光源端采用,并没有在功率系统里广泛普及,谈及原因,PI资深技术培训经理阎金光(JASON YAN)阎金光表示,十几年前业界就开始进行第三代宽禁带半导体的产业化研究工作,但无论是GaN还是SiC的良率都非常低,因此成本很高。同时GaN的应用还非常难,因为是高速器件,PCB Layout非常敏感,EMI设计很难,而PI通过集成化方式,将所有设计挑战都放到了芯片内部,增加了产品的可靠性,降低了设计难度,使得GaN技术的大批量市场化应用成为可能。

不久前,PI在京召开发布会,介绍了PI的新一代PowiGaN技术,正式将GaN开关引入PI的反激式开关电源IC系列中。

PowiGaN技术已广泛应用

在2018年,采用PI GaN方案的快充产品就已问世量产,目前没有一颗料失效返厂,充分证明了产品的高可靠性。同时,GaN开关优秀的效率也得到了市场认可。阎金光特别强调,PI的PowiGaN技术采用的是单芯片方案,并且所有的工艺都是由PI自己开发的,完全专有的技术,不会被其他厂商所利用,同时在供应链方面PI也选择的是长期稳定的代工合作伙伴,保证了产品的稳定性和可靠性。

PI CEO Balu Balakrishnan在季报电话会议上所说:“基于GaN的InnoSwitch器件具有卓越的高效率,实现了硅开关无法达到的功率密度水平。虽然我们最初关注这些新产品是针对移动设备的高功率充电器,但GaN在PI未来几年的路线图中将扮演重要角色,我们计划推出一系列新产品,将GaN的卓越性能特性带入更广泛的应用。”

GaN助力紧凑型高功率LED

正如Balu所说,距离宣布推出PowiGaN技术没有几天,PI就宣布将PowiGaN?技术放到LYTSwitch-6系列安全隔离型LED驱动器IC中,可通过简单灵活的反激拓扑实现高达110 W输出功率和94%转换效率的设计。

 

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如图所示,LYT6079和6070采用了PowiGaN技术,通过更高效率实现了免散热片100W以上的输出水平,相比同系列其他产品提升了数十瓦。“产品非常适合在智能家用和商用照明以及薄型天花板凹槽灯应用。大功率密度的LYTSwitch-6设计可减小LED驱动器的高度和重量,这对于空间受限且密闭的镇流器应用而言至关重要。”PI LED照明产品营销总监HubieNotohamiprodjo表示。

阎金光补充道,由于GaN技术的耐压更高,因此相对于传统硅制程产品来说,寿命更高,非常适合照明驱动这类不易安装的关键应用中。

与LYTSwitch-6相同的高集成度

除了将开关从Si变为GaN之外,整个芯片没有任何其他变化,这和PI开发的PowiGaN技术的InnoSwitch相一致。而这也是PI的传统,此前PI引以为傲的FluxLink技术也是广泛应用在InnoSwitch和LYTSwitch上面。

 

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如图所示,除了PowiGaN之外,LYTSwitch-6系列还具有八大优势,可实现更高度的初级侧次级侧的集成,同时不需要光耦隔离,显著降低系统功耗,提升效率并保证器件的稳定性和可靠性,同时降低系统整体成本。新的LYTSwitch-6 IC具有极高的效率,无需使用散热片 – 可大幅减小镇流器的尺寸和重量,并降低对驱动器周边风冷环境的要求。750 V PowiGaN初级开关可提供极低的RDS(ON),并降低开关损耗。相较于常规方案,这一改进结合LYTSwitch-6现有的诸多特性,可使功率转换效率提高3%,进而减少三分之一以上的热能浪费。

LYTSwitch-6 IC采用PowiGaN技术,可提供无损耗电流检测,有助于提高效率。LYTSwitch-6产品系列的新器件仍保留了快速动态响应等优势,可为并联LED灯串提供优异的交叉调整率,并且无需额外的二次稳压电路,同时还支持无闪烁系统工作。这些优势可以保证更加易于实现使用脉宽调制(PWM)接口的调光应用。

阎金光补充道,通过PI的集成MOSFET的HiperPFS-4PFC控制器以及Qspeed升压二极管,作为功率因数校正,再结合LYTSwitch从而实现包含PFC电路的大功率LED驱动系统,而根据PI给出的实测结果显示,效率超过了90%。尽管目前LED驱动市场厮杀激烈,但大功率且对尺寸及效率有要求的应用,不妨采用GaN技术,一定可以显著体现出产品的差异化,正如目前适配器市场正在发生的变化一样。相信在未来的科学技术更加发达的时候,LED会以更加多种类的方式为我们的生活带来更大的方便,这就需要我们的科研人员更加努力学习知识,这样才能为科技的发展贡献自己的力量。

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