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請不要忽略氮化鎵高效電源的散熱優(yōu)勢

發(fā)布時(shí)間:2024-07-02 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】在為新應(yīng)用考慮板外 AC/DC 電源時(shí),盡管基于氮化鎵 (GaN) 的替代產(chǎn)品具有更出色的電氣性能和能效,但設(shè)計(jì)人員通常還是會選擇硅 (Si) 基部件。這可能是由于長期以來在成本效益方面的假設(shè),也可能是由于長期以來的默認(rèn)選擇。然而,設(shè)計(jì)人員可能忽略了氮化鎵基替代產(chǎn)品對冷卻的要求降低。


在為新應(yīng)用考慮板外 AC/DC 電源時(shí),盡管基于氮化鎵 (GaN) 的替代產(chǎn)品具有更出色的電氣性能和能效,但設(shè)計(jì)人員通常還是會選擇硅 (Si) 基部件。這可能是由于長期以來在成本效益方面的假設(shè),也可能是由于長期以來的默認(rèn)選擇。然而,設(shè)計(jì)人員可能忽略了氮化鎵基替代產(chǎn)品對冷卻的要求降低。

硅半導(dǎo)體自 20 世紀(jì)下半葉以來一直是電子工業(yè)的主流。氮化鎵于 20 世紀(jì) 30 年代合成,但經(jīng)過了很長時(shí)間才獲得青睞,并于 20 世紀(jì) 90 年代初首次普遍應(yīng)用于發(fā)光二極管,在制造氮化鎵晶體管作為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的替代產(chǎn)品具有商業(yè)可行性后,氮化鎵才得到更廣泛的應(yīng)用。

盡管如此,硅仍然是 AC/DC 電源的主流。利用更成熟的制造工藝,供應(yīng)商可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的成本限制范圍內(nèi)提供更多的硅晶體管,但硅基元件遇到了性能和發(fā)熱瓶頸,這為更廣泛地考慮基于氮化鎵的替代產(chǎn)品帶來機(jī)會。

使用氮化鎵的電源具有更高的電子遷移率和更寬的帶隙,因此可在更高的頻率下工作,且能效更高,外形更加小巧。

氮化鎵在電源產(chǎn)品中的優(yōu)勢

相比硅晶體管,氮化鎵晶體管的電阻和開關(guān)損耗更低,開關(guān)速度更快,功耗更低。此外,氮化鎵晶體管還具有更優(yōu)的導(dǎo)熱性,可在更高溫度下工作。這就減少了對散熱器、框架或風(fēng)扇等體積龐大、噪音高的冷卻部件的需求。

通過減少部件可提高可靠性,使電源外形更加緊湊,從而在設(shè)計(jì)新應(yīng)用時(shí)能夠節(jié)省寶貴的空間。體積更小、性能更可靠的電源適用于需要高性能、低噪音電源的各種應(yīng)用。

板外氮化鎵AC/DC 電源可用于以下應(yīng)用:

· 要求電源必須高效、可靠、安靜的醫(yī)療設(shè)備
· 用于機(jī)器人、傳感器或控制器的、堅(jiān)固耐用且適應(yīng)性強(qiáng)的工業(yè)設(shè)備
· 為快速、輕型和便攜式設(shè)備供電的消費(fèi)電子產(chǎn)品
· 采用沉浸式低溫電源的游戲系統(tǒng)、控制臺和虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔
· Bel 旗下各種品牌的氮化鎵電源

Bel Power Solutions 屬于 Bel Fuse Inc. 旗下,一直在擴(kuò)大其基于氮化鎵的 AC/DC 電源產(chǎn)品在市場中的范圍,且 EOS Power 和 CUI Inc. 兩個(gè)品牌都屬于 Bel。這些品牌提供了采用氮化鎵技術(shù)的電源產(chǎn)品組合,旨在實(shí)現(xiàn)比硅基 MOSFET 同等產(chǎn)品更高的功率密度和能效。

EOS 以其超小型電源蜚聲業(yè)界。


請不要忽略氮化鎵高效電源的散熱優(yōu)勢圖 1:EPG300 和 MEPG300 電源的外形。(資料來源:EOS Power)


EPG300 和 MEPG300 AC/DC 電源均提供范圍在 12 V 至 58 V 以內(nèi)的六種單輸出電壓,且能效高達(dá) 94%。例如,EPG300-1312 是一款 12 V 輸出的開放式電源,其尺寸為 4.00" x 2.00" x 1.47" (101.6 mm x 50.8 mm x 37.3 mm)。

MEPG300-1312 和該系列的其他型號專為醫(yī)療應(yīng)用而設(shè)計(jì),具體包括病床、成像設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、手術(shù)設(shè)備和診斷設(shè)備。這類電源符合最新的醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn) (EN/IEC 60601-1),并提供適用于 I 類應(yīng)用的 2 x MOPP 隔離選項(xiàng)。

EPG500 和 MEPG500 AC-DC 電源(圖 2)可在 90 VAC 至 264 VAC 的寬輸入范圍內(nèi)提供高達(dá) 500 W 的穩(wěn)壓輸出功率。這兩款電源都提供范圍在 12 V 至 58 V 以內(nèi)的六個(gè)單輸出電壓,且尺寸為 5.00" x 3.00" x 1.58" (127.0 mm x 76.2 mm x 40.0 mm)。


請不要忽略氮化鎵高效電源的散熱優(yōu)勢圖 2:EPG500/MEGG 500 電源的外形。(圖片來源:EOS Power)


CUI 的 SDI120-U、SDI300G-U 和 SDI300G-UR 系列 120 W、300 W 臺式氮化鎵AC/DC 電源設(shè)計(jì)用于各種便攜式消費(fèi)類和工業(yè)應(yīng)用。

CUI SDI120G-24-U-P51(圖 3)是一款 24 V 輸出的臺式氮化鎵電源,尺寸為 5.20" x 2.01" x 1.26" (132.0 mm x 51.0 mm x 32.0 mm)。該電源可提供高達(dá) 120 W 的連續(xù)功率,并符合美國能源部 VI 級能效標(biāo)準(zhǔn)。


請不要忽略氮化鎵高效電源的散熱優(yōu)勢圖 3:SDI120G-24-U-P51 臺式電源。(圖片來源: CUI Inc.)


SDI300G-48-U2-P219 適用于需要高功率、高能效和緊湊型 AC/DC 電源的各種應(yīng)用,尺寸為 7.20" x 3.35" x 1.38" (183.0 mm x 85.0 mm x 35.0 mm),輸出電壓為 48 V,最大電流為 6.25 A。

CUI SDI300G-UR 系列符合 IEC II 級標(biāo)準(zhǔn),需采用三孔 (C18) 插頭,而 SDI300G-U(圖 4)和 SDI120G-U 系列則采用兩孔 (C14) 插頭。


請不要忽略氮化鎵高效電源的散熱優(yōu)勢圖 4:CUI 的 SDI300G-UR 系列 AC/DC 臺式電源的外形,需采用雙孔插頭。(圖片來源: CUI Inc.)


結(jié)語

隨著產(chǎn)品制造商不斷要求更緊湊、更高效的電源產(chǎn)品,氮化鎵在消費(fèi)電子、電信和汽車等領(lǐng)域的新電子應(yīng)用中越來越具有吸引力。對于需要可靠、高效、緊湊的 AC/DC 電源轉(zhuǎn)換并具有額外冷卻優(yōu)勢的應(yīng)用,Bel 品牌為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提供了一系列選擇。


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