【導讀】氮化镓技術
，通常稱為 GaN，是一種寬帶隙半導體材料，越來越多地用於高電壓應用。這些應用需要具有更大功率密度、更高能效、更高開關頻率、更出色熱管理和更小尺寸的電源。除了數據中心，這些應用還包括 HVAC 係統、通信電源、光伏逆變器和筆記本電腦充電電源。

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氮化镓正取代矽，越來越多地用於需要更大功率密度和更高能效的應用中

作為提供不間斷連接的關鍵
，許多數據中心依賴於日益流行的半導體技術來提高能效和功率密度。

氮化镓技術，通常稱為 GaN，是一種寬帶隙半導體材料
，越來越多地用於高電壓應用。這些應用需要具有更大功率密度、更高能效
、更高開關頻率、更出色熱管理和更小尺寸的電源。除了數據中心
，這些應用還包括 HVAC 係統、通信電源、光伏逆變器和筆記本電腦充電電源。

了解 GaN 如何突破功率密度和效率界限。

德州儀器 GaN 產品線負責人 David Snook 表示：“氮化镓是提高功率密度和提高多種應用中電源係統和電源效率的關鍵一步。在設計中使用 GaN 的公司數量正在迅速增長。降低功耗和提高效率至關重要。”

在過去 60 多年裏
，矽一直是半導體電源管理元件的基礎，這些元件將交流 (AC) 轉換為直流 (DC)，ranhougenjugezhongyingyongxuqiujiangzhiliudianyashurujinxingzhuanhuan，congshoujidaogongyejiqiren，buyierzu。suizheyuanjiandegaijinheyouhua，guidewulitexingyidedaochongfenyingyong。rujin

，zaibuzengjiachicundeqiantixia

，guiyiwufazaisuoxudepinlvxiatigonggenggaogonglv。

因此，在過去十年間
，許多電路設計人員轉向采用 GaN，以便在更小的空間裏實現更高功率。許多設計人員對於該技術將在未來創新中發揮的潛能充滿信心，主要歸因於以下三點：

原因 1：GaN 已取得發展。

做為半導體應用
，盡管 GaN 相對於矽來說較新，但已經發展了多年並具有一定可靠性。德州儀器 GaN 芯片通過了 4,000 萬小時以上的可靠性測試。即使在數據中心等要求嚴苛的應用中

，其有效性也顯而易見。

David 表示：“隨著消費者和企業對人工智能、雲yun計ji算suan和he工gong業ye自zi動dong化hua等deng應ying用yong的de數shu據ju量liang的de需xu求qiu不bu斷duan增zeng長chang，全quan球qiu範fan圍wei內nei需xu要yao越yue來lai越yue多duo的de數shu據ju中zhong心xin。要yao使shi數shu據ju中zhong心xin在zai不bu會hui過guo量liang增zeng加jia能neng耗hao的de前qian提ti下xia上shang線xian
，需xu要yao實shi 現更高效的服務器電源
，而 GaN 是實現這類電源的關鍵技術。”

原因 2：使用 GaN 的係統級設計可節省成本。

盡管現在按芯片級別比較，GaN 比矽昂貴，但 GaN 所帶來的整個係統的成本優勢、效率和功率密度的提高超過了初始投資的價值。例如，在 100 兆瓦數據中心中
，使用基於 GaN 的電源管理係統
，即使效率增益僅為 0.8%，也能在 10 年間節約 700 萬美元的能源成本。節約的能源足夠 80,000 個家庭，也就是大約一個小型城市，使用一年。

德州儀器電源設計服務團隊總經理 Robert Taylor 表示：“GaN jishukezaijiaogaopinlvxiayunxing，jinerkeshixianyixiejuyougengdiwuliaoqingdanchengbendetuopuhejiagou。deyiyujiaogaodeyunxingpinlv，gongchengshihaikeyizaishejizhongxuanzejiaoxiaoxingdeqitayuanjian。GaN 提供了矽芯片所不支持的拓撲，使得工程師可以靈活優化其電源設計。” 

原因 3：通過集成提升了性能和易用性。

GaN FET 需xu要yao專zhuan用yong的de柵zha極ji驅qu動dong器qi，這zhe意yi味wei著zhe需xu要yao額e外wai的de設she計ji時shi間jian和he工gong作zuo量liang。不bu過guo，德de州zhou儀yi器qi通tong過guo在zai芯xin片pian中zhong集ji成cheng柵zha極ji驅qu動dong器qi和he一yi些xie保bao護hu功gong能neng，簡jian化hua了le GaN 設計。

David 表示：“集(ji)成(cheng)驅(qu)動(dong)器(qi)有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)性(xing)能(neng)並(bing)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)更(geng)高(gao)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)，從(cong)而(er)提(ti)升(sheng)效(xiao)率(lv)並(bing)降(jiang)低(di)整(zheng)體(ti)係(xi)統(tong)尺(chi)寸(cun)。集(ji)成(cheng)提(ti)供(gong)巨(ju)大(da)的(de)性(xing)能(neng)優(you)勢(shi)並(bing)使(shi)用(yong) GaN 簡化設計

，可使設計人員更大程度地利用這項技術的優勢。”

性能優勢

David 說：“客戶會很高興看到我們的參考設計，比如適用於數據中心的 5 千瓦圖騰柱功率因數校正設計所展示的 GaN 的(de)性(xing)能(neng)優(you)勢(shi)。他(ta)們(men)一(yi)旦(dan)認(ren)識(shi)到(dao)可(ke)以(yi)以(yi)更(geng)小(xiao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)尺(chi)寸(cun)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)，或(huo)者(zhe)以(yi)同(tong)樣(yang)的(de)外(wai)形(xing)尺(chi)寸(cun)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)，這(zhe)會(hui)促(cu)使(shi)他(ta)們(men)轉(zhuan)向(xiang)使(shi)用(yong) GaN。”

例如
，一些模塊化家用空調設備製造公司采用 GaN 進行設計，將電源效率提高了 5%。

Robert 表示：“從空調耗能的角度來看
，這個數字意義重大，提高 5% 的效率可以節省一大筆資金。能用 GaN 器件實現這點真是太棒了。”

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