引言

随着技术的迅速发展，人们对电源的需求亦在不断攀升。为了可持续地推动上述发展，诸如太阳能等可再生能源越来越多地用于电网供电。同样，为了实现更快的数据处理、大数据存储以及人工智能 (AI)，服务器的需求正在呈指数级增长。鉴于全球趋势，设计人员面临着一项重大挑战：如何在保持设计效率提升的同时，在相同的尺寸内实现更高的功率。

这一挑战已经推动了氮化镓 (GaN) 在高压电源设计中的广泛应用，原因在于 GaN 具有两大优势：

• 提高功率密度。GaN 的开关频率较高，使设计人员能够使用体积更小的无源器件（如电感器和电容器），从而缩小电路板的尺寸。
• ‌提升效率。相较于硅设计，GaN 出色的开关和导通损耗性能可将损耗降低 >50%。

除了业界已经采用的高压 GaN（额定值 >=600V）外，新的中压 GaN 解决方案（额定值 80V-200V）也日益受到欢迎，可在高压 GaN 之前无法支持的电源系统中实现更高的功率密度和效率。

在这篇文章中，我将详述四个主要的中压应用领域，这些领域正在逐渐采用 GaN 技术。

应用领域 1：太阳能

太阳能是发展最快的可再生能源，从 2021 年到 2022 年增长了 26%，预计在未来七到八年内，太阳能利用将以大概 11.5% 的复合年增长率发展。随着太阳能电池板安装数量的增加，人们对系统效率和功率密度的需求也将随之增长，因为这是一种对空间需求较高的技术。‌对于太阳能电池板子系统而言，LMG2100R044 和 LMG3100R017 器件有助于将系统尺寸缩小 40% 以上。

太阳能主要通过太阳能电池板的两种子系统得以实现：一种是升压级后跟逆变器级，将直流电压范围转换为交流电压（如图 1 所示）；另一种是降压和升压级，其中电源优化器将不断变化的直流电压转换为常见的直流电压电平（利用最大功率点跟踪），以输送到串式逆变器（如图 2 所示）。

图 1 微型逆变器方框图

图 2 电源优化器方框图

应用领域 4：电机驱动

没错，您可以在电机驱动电路中使用 GaN，其应用领域广泛，包括具有不同负载曲线的机器人、电动工具驱动以及两轮牵引逆变器设计等。GaN 的零反向恢复特性（因为不存在体二极管）导致二极管反向偏置电流没有稳定时间，从而降低了死区损失，提高了效率。如前所述，GaN 的开关频率更高，电流纹波更低，这样就可以减小无源器件的尺寸，从而实现更时尚的电机驱动设计。

图 4 展示了如何在电机驱动单元中添加 GaN。

图 4 电机驱动单元方框图

结语

在各种中压应用中，GaN 有潜力取代传统的硅 FET。100V 至 200V GaN 的其他应用领域包括通用直流/直流转换、D 类音频放大器，以及电池测试和化成设备。此外，GaN 还能提供更高的开关频率和更低的功率损耗，这些优势在简化电源设计的集成电源级中尤为突出。