在我們心中，似乎耐高壓、耐高溫，具有高功率的碳化硅(SiC)則更適合于電力電子、新能源汽車等高壓、高溫環境的應用，而在高頻、高效率轉換方面性能優異的氮化鎵(GaN)更容易在射頻通信、LED照明、激光器等領域得到廣泛關注。但現在這種格局正在被打破。

相比于碳化硅器件，氮化鎵器件具有更低的成本優勢。Power Integrations(PI)看好氮化鎵的發展，在最近不到兩年的時間里，已連續三次刷新氮化鎵開關的耐壓基準，成功實現了900V、1250V和最新的1700V的三項全球首創的額定耐壓水平。

此次PI推出的1700V氮化鎵InnoMux?-2 EP是InnoMux?-2系列單級、獨立調整多路輸出離線式電源IC的新成員。該IC采用PI專有的PowiGaN?技術，額定耐壓首次達到1700V，可實現在1000VDC母線電壓下超過90%的轉換效率。它支持最多3組恒壓(CV)輸出，每路輸出的調整精度都可以控制在±1%以內，采用ZVS操作的1700V PowiGaN?、單級變換，并且無需散熱片，相較于傳統的初級功率開關串聯疊加的方案，將系統效率進一步提升了10%；單級方案的優勢在于無需后級穩壓器，將元件數量進一步減少了約50%以上；而高精度的輸出則在電源輸出端無需假負載電路，這樣做可以將負載端可用的待機功率增加20%。新成員采用F封裝，爬電間距更寬，也非常適合于1700V高電壓環境下可能遇到的挑戰，尤其可以避免類似洗衣機、空調等應用中的灰塵、潮濕環境引起的拉弧放電等問題。在汽車充電器、太陽能逆變器、三相電表和各種工業電源系統等電源應用中，這種新型器件可取代昂貴的碳化硅晶體管。

潛力巨大的1700V InnoMux?-2 IC

據Yole Group預測，從2022年到2028年，GaN功率器件市場規模將從1.849億美元增長至20.4億美元，復合年增長率高達49%。

從2018年的750V氮化鎵開關開始，到2022年的900V氮化鎵開關，2023年的1250V氮化鎵開關和2024年的1700V氮化鎵開關，PI一直都在積極研發推出“令人驚艷”的氮化鎵產品。獨創的PowiGaN?技術也已廣泛應用于PI的眾多產品系列，包括InnoSwitch?IC、HiperPFS?-5功率因數校正IC以及InnoMux?-2系列單級多路輸出反激開關IC。

Power Integrations資深技術培訓經理閻金光表示，1700V InnoMux?-2的單級架構可以大幅提高多路輸出效率。該架構采用零電壓開關(ZVS)技術，無需依賴后級穩壓電路，即可消除相關級聯的后級變換而產生的變換損耗。它的輸入電壓可以支持70V到1000V的直流母線電壓范圍，因為每個輸出都有反饋監控，所以能夠精確控制2組或3組CV輸出，在不同輸入電壓及負載條件下精度均可達到±1%。同時，通過單極穩壓精度的提升，避免了DC-DC轉換和假負載，從而有效降低待機功耗，空載輸入功率可達到50mW以下。

傳統提高電壓的方法是采用750V PowiGaN?+串聯另一個功率MOSFET的StackFET(DER-859)架構，即通過疊加初級功率開關來實現耐受更高的母線電壓，但是它的效率非常低，比如在母線電壓高達900V時，效率可能僅為82%。而現在使用1700V PowiGaN?(RDR-1053)的單管方案可以將效率提升至90%以上，也就意味著將損耗和需要耗散的熱量降低44%，達到了與750V PowiGaN?器件相同的高效率。

如今大多數電源都是多路輸出電源，并且一半以上的終端應用都是多路輸出敞開式電源，單路輸出敞開式電源較少。1700V InnoMux?-2 EP憑借其高達300-1000VDC的寬電壓范圍和1700V的額定耐壓能力，可應用于高壓多軌電源應用場景，如工業控制、儀表、電機控制、儲能、太陽能等領域。而對于輸入電壓高達308VAC的應用場景，如計算機CPU、微控制器（MCU）、數字信號處理器（DSP）、通信設備、功能性電源（包括傳動裝置、電機、照明、加熱器、揚聲器、家電等）、電視機、顯示器等，InnoMux?-2 EP系列也提供了650V/725V/750V多種額定耐壓型號供選擇，以適應傳統的消費類電子產品的寬壓輸入范圍。

Power Integrations技術副總裁Radu Barsan表示：“我們快速推進氮化鎵產品的研發，在不到兩年的時間內實現了三項全球首創的額定耐壓水平：900V、1250V以及現在的1700V。我們的新型InnoMux-2 IC整合了1700V氮化鎵技術和其他三項最新創新技術：獨立、精確的多路輸出調整技術；FluxLink?次級側控制(SSR)數字隔離通信技術；以及幾乎消除了開關損耗的不需要有源鉗位的零電壓開關(ZVS)技術。”

Yole Group化合物半導體部門市場活動經理Ezgi Dogmus表示：“據我們所知，1700V額定耐壓大大高于任何其他市售的氮化鎵HEMT（高電子遷移率晶體管）。到2029年底，功率氮化鎵器件市場規模將達到20億美元，并將擴展到各個應用領域，與碳化硅器件相比，其成本優勢更具吸引力。”

氮化鎵是目前能同時實現高頻、高效率、高功率、耐高壓的代表性材料，目前在消費電子充電器、電源適配器等領域具有相當強的滲透力。而隨著1700V高氮化鎵開關耐壓基準的到來，氮化鎵有望逐漸在消費電子電源、電動汽車OBC、數據中心電源、太陽能光伏逆變器等領域占據主力地位。未來，PI也將持續推出更大電流、更高電壓水平的氮化鎵器件，不斷推動高電流、高電壓GaN技術的商業化，在實現節能減排、產業轉型升級中發揮更加重要的作用。