展望高壓 GaN 技術的下一步
試想有朝一日，我們不必為了迎合不斷飆升的數位需求而大舉興建發電廠，一個在工業、企業運算、電信通訊與再生能源系統的運作速度與效率，皆已大幅提升的世界。
這樣的世界，或許已近在眼前。
德州儀器所推出的 LMG3410 高壓驅動集成解決方案以劃時代的氮化鎵 (GaN) 技術為基礎，與傳統矽基技術比較起來，研發人員得以打造更精巧、更具效率、效能更好的應用程式。
高電壓新技術開發事業群主管 Steve Tom 表示：「氮化鎵就像增壓引擎，讓系統更快、更猛，而且功率更高；只要搭配驅動程式、封裝與其他組件，確實就能提升任何系統的效能。」
這項發展將影響每一個人。每一次使用智慧型手機、網購、查看社群媒體或上傳照片到往上，都必須連線到龐大的資料中心，其規模高達數千台伺服器。
這些伺服器和資料中心需要大量電力以供運作。在連網需求與我們的生活日益緊密之下，我們對高度耗電的數位裝置，以及對電力和發電廠的仰賴和需求也隨之激增。
GaN 開發團隊的系統暨應用工程師 Eric Faraci 表示：「隨著我們對電子產品的期待提升、以及因物聯網持續發展而使各種裝置相互連結的情況下，我們也就耗用更多電力。電力消耗愈多，就需要興建更多大型發電廠。然而氮化鎵這樣的技術可以大幅提升效率，或許足以讓我們不必再增加發電能力。」
因此，我們可以試想一個更環保的生活。
Steve 表示：「我們必須降低能源消耗。全球耗電量的增長速度，已經無法永續維持。」
在德州儀器，我們創新理念，更致力於實現未來技術。
揮別過熱煩惱
GaN 是一種超高速半導體材料，由鎵與氮兩種元素合成，可供電子自由移動穿越，效果更甚於矽 ─ 也就是長久以來製造電子產品的基本要素。
小自手機，大至高端工業機具和伺服器，各種系統的電路運作，皆需切換數百萬計的小型開關；而開關每一次作動，都會產生熱能。
熱會限制系統效能。例如筆電的電源供應器發燙時，就是因為電子通過電路開關而產生熱能，並減損其供電效率。
氮化鎵便是更優質且更有效率的半導體材料，可大幅減少生熱，因此設計人員能夠將較多開關納入更小的空間。
配備集成驅動器的 600 瓦 GaN 功率級開關具有高度可用性，對於隔離式高壓工業電源、電信通訊、企業電腦及再生能源等應用特別重要。LMG3410 的優點包括：
- 功率密度倍於最先進的矽基功率因素修正轉換器。
- 與分立式 GaN 解決方案相較，更能減少功率耗損、電壓應力與電磁干擾。
- 可實現全新開關拓樸。
Steve 表示：「GaN 提供更佳的有效機制。若你能大幅提高開關密度、減少電阻率、讓它們移動更快，就能因為散熱需求降低而在特定空間內提高效能。它擁有許多美好的特質，能夠顛覆傳統上對電子裝置的限制。」
完整的解決方案
GaN 解決方案的推出，勢必對高電壓解決方案帶來短期的衝擊。然而隨著愈來愈多系統將 GaN 納入設計，其使用範圍將可擴及低電壓應用，如：高端音訊放大器、無人機、電動車、照明、運算、太陽能板、汽車影像技術，以及任何能夠接上插座的電器裝置。
Steve 提到：「各種應用類型都蘊藏近乎無窮的機會，且以無人機為例，雖然目前主要為休閒應用領域，但是加入 GaN 技術之後，將可望普及到商業及工業的應用。」
Steve 亦提到，關鍵在於電池續航力。目前多數無人機飛行約 20 分鐘後，就必須重新充電或折返，否則將耗盡電力。「GaN 的優點之一就是切換更快，驅動效率更高，因此能夠減少組件、磁性元件、電感器及性電容器的體積與重量，為無人機的飛行時間帶來直接的影響。」
如此可大幅提升應用裝置的運行效率，因為我們封裝一對 GaN 開關與驅動器，並以整個生態系統予以支援，旨在促進應用裝置充分利用其卓越效能；此外，該裝置亦內建保護功能，可預防過熱、短路並因應各種電壓條件。
德州儀器先進技術行銷經理 Masoud Beheshti 表示：「我們以整體系統的角度來看，致力於讓客戶在設計系統時，能夠更輕易的納入這項裝置。我們瞭解如何善用其效能，搭配本公司產品組合中的其他裝置來提供完整解決方案，進而協助客戶加快打入市場，更迅速而有效率地解決問題。」
減少阻礙
LMG3410 是德州儀器製造的第一個內含 GaN 開關的積體電路，生產於與矽相容的晶圓製造設施，完全符合我們累積數十年經驗的製程技術水準。
德州儀器高壓電源解決方案副總裁 Steve Lambouses 表示：「經過 300 萬小時以上的可靠性測試，LMG3410 的潛能賦予電源設計人員無比信心，以過往無法實行的方式重新思考電源架構與系統；這款全新功率級裝置奠基於德州儀器聲譽卓著的製造能力與深厚的系統設計專業，是我們拓展 GaN 市場的重大一步。」
Steve Tom 補充，這一步消除了過往的阻礙，使設計人員得以利用此裝置開發各種應用。
他表示：「因此我們努力控管製造流程，投入大量時間測試可靠性，並且開發伴隨電路，藉以最大化這款裝置的效能。」
「憑藉 GaN 的強大效能，我們將協助設計人員將其應用推升到全新的境界。」
更多資源：查看德州儀器 GaN 解決方案產品組合。閱讀全新白皮書：《以集成驅動器實現最佳 GaN 效能》閱讀部落格文章《共同實現更可靠的 GaN 技術》，深入瞭解德州儀器如何提升 GaN 的可靠性。
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