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盡管工業(yè)電源(包括數(shù)據(jù)中心)的形狀和尺寸各異，但是它們的共同之處是需要保持安全、高效和穩(wěn)定。由于工業(yè)電源需要在各種負載下，全天候保持高效率，因此80 PLUS認證一經(jīng)推出就成為許多任務業(yè)電源的重要指標。為了提高電源的效率，80 PLUS鈦金級電源的設計人員正在尋找650 V GaN FET，實現(xiàn)更小、更快、更涼、更輕的系統(tǒng)，同時降低總體系統(tǒng)成本。
提高效率既是行業(yè)的關鍵性挑戰(zhàn)，也是創(chuàng)新驅(qū)動力。社會需求壓力、歐盟生態(tài)設計指令和能效標簽法規(guī)都要求提高各類工業(yè)電源(PSU)的效率。在通信、服務器和工業(yè)基礎設施領域中，功率轉(zhuǎn)換效率和功率密度至關重要。對于全天候高負荷系統(tǒng)的運營公司，每提高一點效率都會對運營成本產(chǎn)生重大影響。
因此，盡管80 PLUS銅牌和金牌的效率通常足以滿足消費類設備的需求，但80 PLUS鉑金牌PSU和鈦金牌電源帶來的額外效率改善，可以大幅降低功耗，從而節(jié)省可觀的電費。除此之外，針對單路輸出電源和多路輸出電源的法規(guī)也要求進一步提高效率。對單路輸出電源和多路輸出電源的要求是截止到2019年分別達到80 PLUS鉑金牌和80 PLUS金牌級別。到2023年，認證級別還要提高，單路輸出電源必須達到80 PLUS鈦金牌級別，多路輸出電源必須達到80 PLUS鉑金牌級別，到2026年，單路輸出電源和多路輸出電源都必須達到80 PLUS鈦金牌級別。
80 PLUS效率標準
選用Nexperia GaN FET進行轉(zhuǎn)換器效率優(yōu)化
Nexperia GaN FET既能幫助電源制造商提高鈦金牌電源的效率和功率密度，還能提高成本效益。首要因素是更好的開關性能，因為較低的Qrr和快速的電流電壓轉(zhuǎn)換可以減少開關損耗并提高整體系統(tǒng)效率。其次是更好的系統(tǒng)效率，這有助于減少散熱的需求以及封閉環(huán)境中的相關運行成本。此外，更小更輕的系統(tǒng)可以更加高效，從而增加設計的功率密度。
我們的共源共柵技術是實現(xiàn)更高效率和更可靠電源設計的另一個原因。這意味著我們的GaN FET不需要復雜和專用的柵極驅(qū)動器。實際上，憑借4 V的高閾值電壓和0至12 V的驅(qū)動電壓，它們可以使用實惠的標準柵極驅(qū)動器。由于較低的Vsd在反向?qū)Ｊ较戮哂休^低的損耗，因此它們方便選用不同的死區(qū)時間設計和更高的工作頻率。 對于的工業(yè)應用，具有+/-20V柵極耐壓和瞬態(tài)過壓能力，它們不易受柵極反彈和瞬態(tài)尖峰的影響，因此更加可靠。
對于80 PLUS鈦金級電源的積極影響
從電源應用的角度來看，這意味著什么?Nexperia GaN FET可實現(xiàn)上述所有系統(tǒng)優(yōu)勢的兩種拓撲是AC-DC PFC和DC-DC LLC或相移全橋(PSFB)。
在2-3 kW電源中使用無橋圖騰柱PFC，讓我們對比一下，Si和GaN差異。在采用有源整流橋并搭配Si交錯拓撲的效率，只能接近GaN圖騰柱。從電路圖中可以看出，使用GaN FET的圖騰柱架構可大幅減器件數(shù)量(電感、二極管和MOSFET)，并且得益于設計的簡單性，還能減少磁材并使用更小的EMI濾波器。有望節(jié)省系統(tǒng)BoM高達30%，同時提高效率。
參數(shù)交錯式PFC無橋圖騰柱PFC
效率98.5 %98.7 % to 99.1 %
PFC的總成本+ 15-40%-
在進行DC-DC轉(zhuǎn)換時，GaN FET還可用于多種配置，包括LLC或
相移全橋(PSFB)。較低的電流和較低的磁通擺幅有助于實現(xiàn)較低的磁損耗
和更快的響應速度。對于LLC設計，這意味著較低的RMS電流;而對于PSFB設計，這意味著在輕負載條件下具有更寬的ZVS范圍。
基于GaN的高效DC-DC配置
Nexperia全新GaN器件
當然，正如我們從芯片MOSFET中了解到的，最大限度地提高效率的一種方法是降低RDS(on)。我們GaN產(chǎn)品組合推出的第一款設備是GAN063-650WSA，它是一款能夠滿足1-3 kW應用的50 mOHm器件。與H1 GaN技術相比，我們新推出的H2 GaN技術帶來了多項改進，包括優(yōu)化了動態(tài)參數(shù)(Qoss/Coss)，從而提高了開關性能。所以我們基于H2的全新GAN041-650WSB具有僅35 mOhms的典型RDS(on)，可以用于功率更高的系統(tǒng)(通常功率在3 kW以上)。
