本文摘要：劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)[1]在2016年所做的一项研究讲明，2020年美国数据中心将要消耗的能源预计会到达730亿千瓦时——这是一个天文数字。只要我们对盘算麋集型数据服务的需求不停增加，那么，在更小的空间内提供更多能量以尽可能高效地运行这些中心，就会是一定趋势。 而这种能源使用情况仅代表数据中心。其实，电信、工业自动化、汽车和许多其他系统也同样需要提供高密度的电源系统。

劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)[1]在2016年所做的一项研究讲明，2020年美国数据中心将要消耗的能源预计会到达730亿千瓦时——这是一个天文数字。只要我们对盘算麋集型数据服务的需求不停增加，那么，在更小的空间内提供更多能量以尽可能高效地运行这些中心，就会是一定趋势。

而这种能源使用情况仅代表数据中心。其实，电信、工业自动化、汽车和许多其他系统也同样需要提供高密度的电源系统。

提高电力传输效率的一种方法是使用包罗氮化镓（GaN）在内的新的能源半导体技术。与传统的硅解决方案相比，GaN在开关性能方面具有本质上优越的器件属性，当它部署在开关电源中时，可高效供电，将效率提高到前所未有的高度。进而资助最终用户从基础上节约能源、降低操作成本并淘汰排放到大气中的碳排放量。

GaN也面临着挑战。已往，这些挑战与制造和提供高质量、可靠GaN的能力相关。

然而，随着整个行业制造工艺的革新和接纳率的增加，挑战逐渐集中到实施和系统设计上。要实现更高的效率，不仅需要用GaN替换硅，因为现在的技术已经能够支持系统级此外改变，此举大大提升了效率。

技术赋予设计工程师提高压摆率、开关频率并把功耗降至更低的能力。图1.比力GaN vs. Si的设备损耗 另外，高频事情对解决方案成本有努力影响，这是因为变压器和电感器等须要磁元件的体积、重量和所需质料都有所淘汰。从GaN内在优势获益较多的应用是开关模式电源。1-kW GaN解决方案：从AC到POL的功率密度翻了三倍 图2.在电源的所有级中，GaN解决方案能缩小规模，提高效率。

图3.GaN PFC拓扑。PFC级（图3）使用高效率图腾柱拓扑，从而实现唯一无二的高功率密度、高效率和低功耗组合，而类似的基于硅的设计却无法做到这一点。

与使用硅的传统二极管桥式升压PFC相比，此级的效率凌驾99％，功耗降低10W以上。高压DC/DC级接纳了高效的谐振逻辑链路控制(LLC)转换器（图 4）。虽然在LLC转换器中使用硅是很普遍的，可是GaN的优点在于把功率密度提高了50%，将开关频率提升了一个数量级。1-MHz基于GaN的LLC要求变压器尺寸比100-kHz基于硅的LLC设计所接纳的变压器要小六分之一。

图4.GaN LLC拓扑。图6.实际和潜在的GaN应用领域。电机和电机控制 在机械人领域和其他工业应用的电机中，尺寸和电源效率十分关键，但其他因素同样也会发挥作用。使用GaN解决方案，提高脉宽调制(PWM)频率并降低开关损耗，这有助于驱动极低电感的永久磁性和无刷直流电机。

这些特性还使转矩颠簸更小化，从而在伺服驱动器和步进器中实现准确定位，支持高速电机在无人机等应用中实现高电压。图7.GaN逆变器。100kHz 3级设计。

高保真音响 高性能音响的功放要求近乎理想化的开关波形来淘汰失真，这是因为任何无用频率的谐波都市导致人耳可听频带。GaN化解了这个问题，它能在高得多的压摆率下高效开关，而且开关行为可预测性较高，极大淘汰了谐波失真，实现了更理想的音响性能，将噪音限制在更高的不行听的频带内。

通过GaN设计最佳解决方案 由于高频电源系统设计带来了新的挑战，纵然老练的电源设计师也要经受磨练，但如果有现成的解决方案就可以显著缩短设计周期。TI供应完整的电源级产物，可资助设计师把问题大大简化。我们现有的解决方案能够满足电源供应链中差别的电压水平和需求，这些解决方案在小巧的低电感封装内集成了内置掩护功效。另外，TI的GaN FET驱动器和可以与该驱动器无缝配对的高频模拟与数字控制器，配合有力支持了使用基础元件构建电源系统的设计师。

图8.LMG3410：600V/70 mΩ 12A GaN电源级。今天的GaN驻足于未来 GaN技术已经在缩减系统规模和提高电源效率方面饰演着重要角色。

该技术实现的节约对所有应用都有重要影响，尤其是数据中心、基站和其他高密度系统。另外，GaN的高频运行有助举行准确的电机控制和为LiDAR及音响应用提供更高分辨率。随着创新拓扑和新方法的发现与应用，其他类型的应用也将快速跟进。

因而电源系统设计师不必再等候GaN革命的发作。GaN解决方案就在今天，TI在勉力并连续推动这项技术的创新，我们在不停开发更先进的技术。集成化解决方案节约了开发时间而且可以随时使用，同时我们针对广泛应用的参考设计也在稳步增加。当下对电源效率的需求越来越紧迫，TI技术息争决方案继续保持领先的创新，资助世界变得更智能、更环保。

这些新的设计挑战为最终产物的创新及形成别开生面的特色提供了具有重要意义的时机。德州仪器(TI)是推动GaN开发和支持系统设计师接纳这项新技术的领军企业。TI基于GaN的电源解决方案和参考设计，致力于资助系统设计师节约空间、取得更高电源效率及简化设计流程。

TI新颖的解决方案不仅可以优化性能，而且攻克了具有挑战性的实施问题，使客户得以设计高能效系统，建设更绿色环保的世界。GaN技术息争决方案的电源优势 GaN提供更高效和性能卓越的电源，其中的原因是多方面的。

快速爬升时间、低导通电阻、低栅电容和输出电容，无不降低了开关损耗，并支持以多种频率事情，速度通常比当今硅基解决方案快一个数量级。如图1所示。

更低的损耗等同于更高效的电源漫衍，这淘汰了发烧并精简了实用冷却方案。AC/DC电源的目的是要把AC线路电源转化为较低电压，为手机或小我私家盘算机等低压电气设备供电。

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