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打造高效率USB PD充電器 氮化鎵(GaN)是解方

荷蘭商包爾英特台灣分公司工程應用經理吳建益。

USB Power Delivery(USB PD)是USB開發者論壇發布的USB充電標準與技術,主要是為了解決過去各種行動裝置如筆記型電腦、手機的充電介面各行其是,導致市面上所有充電器皆無法跨品牌相容的問題,且USB PD讓所有充電、資料傳輸用一條線就能完成,在這個協定基礎上,電源業者持續發展電源效率更高、溫度更低、尺寸更小的充電器,而氮化鎵(GaN)正是解方。

與矽相比,氮化鎵擁有顯著的效率和尺寸優勢,一般預料在許多電源應用中,矽電晶體將快速轉換為氮化鎵,對此,荷蘭商包爾英特(Power Integrations;PI)是積極的推動者,對於氮化鎵相關技術和元件多有著墨,PowiGaN就是其一。

用GaN開關替換矽電晶體,降低耗電

荷蘭商包爾英特台灣分公司工程應用經理吳建益說明,PowiGaN是Power Integrations自行研發的氮化鎵技術。在Power Integrations高度集成的離線反馳式開關IC中,PowiGaN開關替代一次側的傳統矽電晶體,進而降低開關損耗,和矽元件相比,PowiGaN產品可實現體積更小、重量更輕、效率更高的充電器、適配器和開架式電源。

簡而言之,用GaN開關替換常規高壓矽電晶體,可以降低電流流動期間的傳導損耗,並極大化降低工作時的開關損耗,最終有助於大幅降低電源的能耗,進而提高效率。

PowiGaN不僅在線電壓和整個負載範圍內的效率高達94%,且非常堅固耐用,使其能夠在主電源電壓經常不穩定的區域,強力抵抗線電壓突波和線電壓上升。這項特點讓OEM可以應用在全球使用的單一電源供應器設計。

此外,使用Power Integrations的2.3.4版Power Integrations Expert Online電源設計軟體,工程師可以利用這款基於Web的程式,將規格參數轉換為現成的解決方案,讓設計過程從數天縮減至幾分鐘。

提供100W功率,無需散熱器

Power Integrations推出的PowiGaN產品包括InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP、InnoSwitch3-Pro X等,能應用於行動裝置、機上盒、顯示器、家電、網路和遊戲產品的USB PD及高電流充電器/轉換器等高效率返馳式設計,提供不受外部元件影響的精準CV/CC/CP,並可輕鬆連接到快速充電的通訊協定IC。其中,InnoSwitch3-CP最適合恆功率充電,InnoSwitch3-EP最適合開架式電源,InnoSwitch3-Pro則適合可動態控制的電壓及電流。

值得一提的,在封閉式適配器應用中,透過節省空間的InSOP 24D表面接合封裝,可提供高達100W的功率,且無需散熱器。準諧振InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-Pro IC,將一次側功率切換開關、一次側和二次側控制(兩者之間有安全隔離高速連結FluxLink),以及二次側SR驅動器與回授電路整合在單一表面接合封裝中。

InnoSwitch3的效率和輸出功率,在PowiGaN的技術架構上有了長足的優化,而採用PowiGaN氮化鎵技術的InnoSwitch 3切換開關IC迄今已出貨已達800萬顆,成果耀眼。


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