勿忽視 GaN 高效能電源供應器的熱效益

新的應用在考慮採用板外 AC/DC 電源供應器時，設計人員通常會選擇矽 (Si) 架構組件，儘管氮化鎵 (GaN) 架構替代品可提供卓越的電氣效能和效率。這可能是由於一直以來對成本效益的預期，或者僅僅只是預設的選擇。不過，他們可能忽略了 GaN 架構有較低的冷卻要求。

自 20 世紀下半葉以來，矽半導體一直是電子產業的支柱。GaN 於 1930 年代合成，直到很久之後才獲得青睞，於 1990 年代初首次普遍運用於發光二極體，並在 GaN 電晶體作為金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET) 的替代品後，開始商業化製造，成為更廣泛的應用。

儘管如此，矽持續主導 AC/DC 電源供應器領域。供應商運用更完善的製造流程，便可在產品設計人員的成本限制內提供更多的矽電晶體，但矽架構組件面臨效能和熱限制，為 GaN 替代品開啟一扇門。

電源供應器若採用 GaN，可提供更高的電子遷移率和寬頻隙，能在更高的頻率下運作，以更小外形達到更高效率。

GaN 在電源供應器中的優勢

GaN 電晶體比矽電晶體具有更低的電阻和切換損耗，可更快切換且功耗更低。其導熱性比矽電晶體更佳，並且可在更高的溫度下工作。如此可減少對笨重且吵雜的冷卻組件 (如散熱片、框架、風扇) 的需求。

減少組件可以提高可靠性，並允許使用更緊湊的電源供應器單元，在設計新應用時節省寶貴的空間。更小、更可靠的電源供應器單元適用於需要高效能及低雜訊電源解決方案的各種應用。

GaN 架構板外 AC/DC 電源供應器適用於以下應用：

• 醫療裝置：需高效率、可靠、安靜的電源供應器
• 工業設備：需在機器人、感測器、控制器中提供堅固、耐用與高適應性
• 消費性電子產品：為快速、輕量、可攜式裝置供電
• 具有沉浸式、低溫電源供應器、控制台和虛擬實境頭戴式耳機的電玩系統

Bel 品牌的各款 GaN 電源供應器

Bel Power Solutions 隸屬於 Bel Fuse Inc.，以 Bel 集團下的 EOS Power 和 CUI Inc. 品牌，持續擴大其 GaN 架構的 AC/ DC 電源供應器市場。這些品牌提供一系列運用 GaN 技術的電源供應器產品組合，與矽 MOSFET 同類產品相比，可達到更高的功率密度和效率。

EOS 以超小型電源供應器聞名。EPG300 /MEPG300 (圖 1) 和 EPG500/MPEG500 專為需要最低功耗和輕鬆進行熱管理的應用所設計，例如 RF 應用、5G 系統和工業製程控制。

圖 1：EPG300 和 MEPG300 電源供應器外形。(資料來源：EOS Power)

EPG300 和 MEPG300 AC/DC 電源供應器均提供 12 V 至 58 V 的六種單輸出電壓，效率高達 94%。EPG300-1312 是一款 12 V 輸出、開放式電源供應器，尺寸為 4.00" x 2.00" x 1.47" (101.6 mm x 50.8 mm x 37.3 mm)。

MEPG300-1312 和此系列的其他型號專為醫療應用所設計，包括醫院病床、造影設備、監測裝置、手術裝置、診斷設備。皆依照最新的醫療標準 (EN/IEC 60601-1) 打造，並具有 2 x MOPP 隔離選項，適用於 Class I 應用。

EPG500 和 MEPG500 AC-DC 電源供應器 (圖 2) 可在 90 VAC 至 264 VAC 的寬廣輸入範圍內提供高達 500 W 的調節輸出功率。均提供 12 V 至 58 V 範圍內的六種單輸出電壓，尺寸為 5.00" x 3.00" x 1.58" (127.0 mm x 76.2 mm x 40.0 mm)。

圖 2：EPG500/MEPG 500 電源供應器外形。(圖片來源：EOS Power)

CUI 的 SDI120-U、SDI300G-U、SDI300G-UR 系列 120 W 和 300 W GaN 桌上型 AC/DC 電源供應器專為各種可攜式消費性和工業應用所設計。

CUI 的 SDI120G-24-U-P51 (圖 3) 是一款 24 V 輸出 GaN 桌上型電源供應器，尺寸為 5.20" x 2.01" x 1.26" (132.0 mm x 51.0 mm x 32.0 mm)。可提供高達 120 W 的連續功率，並符合美國能源部 VI 級能效標準。

圖 3：SDI120G-24-U-P51 桌上型電源供應器。(資料來源：CUI, Inc.)

SDI300G -48-U2-P219 適用於需高功率、高效率且緊湊的 AC/DC 電源供應器解決方案的各種應用。尺寸為 7.20" x 3.35" x 1.38" (183.0 mm x 85.0 mm x 35.0 mm)，提供 48 V、6.25 A (最大值) 輸出。

CUI SDI300G-UR 系列符合 IEC Class II 標準，具有三插腳 (C18) 輸入插孔；SDI300G-U (圖 4) 和 SDI120G-U 系列則具有兩插腳 (C14) 輸入插孔。

圖 4：CUI 的兩插腳 SDI300G-UR 系列 AC/DC 桌面電源供應器外形。(資料來源：CUI, Inc.)

結論

產品製造商不斷要求更緊湊、更有效率的電源解決方案，GaN 對於消費性電子、電信和汽車等領域的新型電子應用而言，是充滿吸引力的選擇。Bel 品牌為產品設計人員提供一系列需可靠、高效率、緊湊的 AC/DC 電源轉換以及額外降溫優勢應用的選擇。

參考資料：

1 – https://www.edn.com/a-brief-history-of-gallium-nitride-gan-semiconductors/