PI PowiGaN引爆充电市场,GaN商业化时代已到来

时间:2019-09-12 来源: 热点专题

2019-09-02 10: 31: 42昊明有态度

Power Integrations(PI)发布了新的InnoSwitch? 2019年7月27日,3系列恒压/恒流离线反激式开关电源IC与PowiGaN技术相结合,采用GaN(氮化镓)技术制造InnoSwitch产品,在整个负载范围内提供95%的高效率转换和100 W功率在密封适配器中不使用散热器输出。

该产品的发布日期是在PI第二季度收益报告当天特别选择的,该报告显示了该技术对PI未来的重要性。 PI总裁兼首席执行官Balu Balakrishnan表示:“氮化镓是一种关键技术,在实现高效率和小尺寸方面明显优于硅技术。我们期望许多电源应用能够快速从硅晶体管转换为氮化镓。在推出新的硅技术设备18个月前,InnoSwitch3已成为离线开关电源IC市场当之无愧的技术先锋。随着我们的反激式产品提高效率和功率能力,新的GaN IC进一步巩固了我们的主导地位。“

测量结果表明,采用PowiGaN技术的InnoSwitch3系列可实现100W以上的输出功率,而Rdson损耗最低,效率前所未有。

为什么要使用GaN

Balu Balakrishnan表示,移动设备正在进入快速充电器的新阶段,并受到多种融合趋势的催化。

首先是新的USB PD充电标准,它与新的Type-C连接器配合使用,可为任何移动设备提供高达100瓦的功率。

其次,OEM产品正在制造越来越多的容量以延长电池寿命。预计5G手机时代将变得更加明显,这将消耗更多的电力,但也将鼓励更多使用耗电的功能,如流媒体。媒体视频。

第三,由于手机市场处于低增长或负增长,许多原始设备制造商将充电速度视为差异化竞争力,快速充电已成为整个行业的趋势,并将在未来几年继续发挥作用。

“我们相信我们拥有业内最好的技术来应对快速充电趋势。我们相信随着功率水平的不断提高,公司的技术优势将会增加。效率对快速充电至关重要,因为适配器太小。同时,缺乏主动散热,容易导致散热不良,集成也很关键,因为大功率充电器通常具有更高的复杂性和更多的元件.PI的InnoSwitch产品高效集成。市场领导者,“巴鲁说。

Balu强调,“我相信我们是唯一一家大批量生产高压GaN基产品的公司。事实上,一些零部件市场已采用我们的GaN产品。”

Balu表示,PI在合适的时间处于良好的地位,同时在技术方面,PI的专业知识非常可靠,没有光耦合器的技术可以为客户提供许多便利。 “事实上,到目前为止,我们所做的大部分工作都是由客户推动的,他们来找我们询问产品,”Balu说。

Balu认为GaN的关键点不是适配器,而是功率转换本身。一般而言,任何具有30至40瓦应用的产品都有机会使用GaN技术,而高功率产品只能通过GaN满足。

πgan系列产品开始出现在第一位

从充电头网络的拆卸来看,包括安科、奥基、RAVPower等多家企业都采用了PI的Powigan解决方案,无一例外,各零部件厂都采用了GaN技术作为产品的主要卖点之一。正如安科首席执行官杨萌在纽约的新闻发布会上所说:“传统充电器使用硅作为半导体材料,不仅体积大而且效率低,充电过程中由于散热浪费了20%的势能。过去12个月,Anker Innovations一直在研究GaN技术,以减少充电器的能量损失,同时减小充电器的尺寸。”

例如,Anker着名的Powerport Atom Pd 1 GaN充电器,由充电头网络拆卸而成,采用了PI的SC1933C和内置的GaN技术。然而,π并没有公布波维根的技术,所以它也被歪曲了。这是Pi Innogan系列,但无论如何这是Pi的第一款商用GaN产品,而且在过去六个月里已经得到了市场的充分验证。

SC1933C中没有明确指出GaN产品。

然而,在innoswitch3数据表中清楚地说明了inn3379c和inn3370c使用750v gan开关。

Powigan技术的优势

gan以其优越的带隙、高的击穿电压、高的热导率、高的电子饱和漂移速度、强的抗辐射性和良好的化学稳定性而获得了广泛的光谱和高功率。在微电子、电力电子、光电子学等高效器件领域处于领先地位。

PI的高级技术培训经理JASON YAN指出,在PI专注的充电领域,GaN具有更小的Rdson和更低的开关损耗。 Rdson的减少意味着导通电阻更小,这导致更小的传导损耗。对于开关损耗,当电压从高电压变为0时,电流主要从0到最大。重叠区域产生功耗,并且GaN具有更高的开关频率,因此开关损耗也更低。

如上图所示,GaN比Si MOSFET小,用于传导损耗和开关损耗,从而实现更小的尺寸和更低的功率损耗。

根据阎金光的说法,正是因为GaN足够高,可以节省散热器设计,通过更好地控制内部温度升高和更强的抗硅阻抗,实现小尺寸和高效率的紧凑型适配器设计。特点,因此非常适合需要体积,效率和使用寿命的应用。

具体来说,包括非原装USB PD适配器,高端手机充电器,笔记本适配器和其他团队规模或效率要求,如家电,电视,服务器备用电源,电脑,游戏机等,此外还有一些希望采用InnoSwitch一系列产品,但需要更高功率输出的是PowiGaN应用市场。

为什么GaN刚刚开始起飞?

金金光表示,十多年前,业界开始研究第三代宽带隙半导体的产业化。然而,GaN和SiC的产率都非常低,因此成本很高。同时,GaN的应用非常困难,因为它是一种高速器件,PCB布局非常敏感,EMI设计困难,PI通过集成将所有设计挑战集成到芯片中,从而提高了产品的可靠性和减少设计。困难使得GaN技术的大批量,基于市场的应用成为可能。

“从电源设计过程到器件的开关频率,工作波形,外部元件的选择以及EMI/ESD考虑,PowiGaN技术的InnoSwitch 3与之前的技术没有什么不同,而且更容易被设计工程师接受,“金金光说。

金金光补充说,对于GaN中的功率应用,我们不提倡更高的开关频率应用。虽然频率越高,变压器体积就越小,但频率越高意味着电磁干扰越强。为了满足EMI规范,需要额外的电路,如滤波器,这将增加整个解决方案的体积。因此,InnoSwitch3中的GaN工作频率与过去基于MOSFET的产品相同,这也是权衡取舍的结果。

巴鲁在投资者峰会上也说了类似的话。pi的gan技术不同于目前广泛讨论的gan技术。pi完全由内部开发,专门为功率转换应用而设计。其次,gan没有商业化的原因主要是gan在分立电路中很难控制,频率太快,很难控制或保护。PI的解决方案集成在片上系统中,解决了客户的使用问题。”事实上,如果你把Inno3和GaN放在一起,除了更好的性能外,它看起来和其他Inno3一样。”pi内部对所有的安全功能进行了研究,并以适当的方式驱动gan,我们有多年的研发经验,达到了批量出货的阶段,得到了客户的积极反馈。

金金光特别强调,pi的powigan技术采用的是单片机解决方案,所有的工艺都是pi自己开发的。完全专有的技术不会被其他制造商使用,PI也会在供应链中选择。它是一个长期稳定的铸造合作伙伴,以确保产品的稳定性和可靠性。

Powigan应用于每个InnoSwitch3系列

目前,Innoswitch3的所有产品(CP/EP/Pro)都已成功地引入到GaN技术和批量生产中。

如图所示,CP为恒功率应用,EP适用于开放式应用,Pro具有支持USB PD+PPS模式的数字接口,这使得适配器的输出更加精确,而无需在手机内附加DC-DC。实现适配器输出的智能数字控制的转换器。

为了加快Powigan技术和InnoSwitch3系列产品的上市时间,PI开发了许多参考设计,主要用于USB PD开发。

“我们的GaN产品已于2018年投放市场。目前,安全性已得到充分验证。没有材料返回工厂。我们相信GaN代表着未来,特别是当一线OEM认识到GaN的安全性时效率之后,还会有更大的增长空间,“金金光说。

Power Integrations(PI)发布了新的InnoSwitch? 2019年7月27日,3系列恒压/恒流离线反激式开关电源IC与PowiGaN技术相结合,采用GaN(氮化镓)技术制造InnoSwitch产品,在整个负载范围内提供95%的高效率转换和100 W功率在密封适配器中不使用散热器输出。

该产品的发布日期是在PI第二季度收益报告当天特别选择的,该报告显示了该技术对PI未来的重要性。 PI总裁兼首席执行官Balu Balakrishnan表示:“氮化镓是一种关键技术,在实现高效率和小尺寸方面明显优于硅技术。我们期望许多电源应用能够快速从硅晶体管转换为氮化镓。在推出新的硅技术设备18个月前,InnoSwitch3已成为离线开关电源IC市场当之无愧的技术先锋。随着我们的反激式产品提高效率和功率能力,新的GaN IC进一步巩固了我们的主导地位。“

测量结果表明,采用PowiGaN技术的InnoSwitch3系列可实现100W以上的输出功率,而Rdson损耗最低,效率前所未有。

为什么要使用GaN

Balu Balakrishnan表示,移动设备正在进入快速充电器的新阶段,并受到多种融合趋势的催化。

首先是新的USB PD充电标准,它与新的Type-C连接器配合使用,可为任何移动设备提供高达100瓦的功率。

其次,OEM产品正在制造越来越多的容量以延长电池寿命。预计5G手机时代将变得更加明显,这将消耗更多的电力,但也将鼓励更多使用耗电的功能,如流媒体。媒体视频。

第三,由于手机市场处于低增长或负增长,许多原始设备制造商将充电速度视为差异化竞争力,快速充电已成为整个行业的趋势,并将在未来几年继续发挥作用。

“我们相信我们拥有业内最好的技术来应对快速充电趋势。我们相信随着功率水平的不断提高,公司的技术优势将会增加。效率对快速充电至关重要,因为适配器太小。同时,缺乏主动散热,容易导致散热不良,集成也很关键,因为大功率充电器通常具有更高的复杂性和更多的元件.PI的InnoSwitch产品高效集成。市场领导者,“巴鲁说。

Balu强调,“我相信我们是唯一一家大批量生产高压GaN基产品的公司。事实上,一些零部件市场已采用我们的GaN产品。”

Balu表示,PI在合适的时间处于良好的地位,同时在技术方面,PI的专业知识非常可靠,没有光耦合器的技术可以为客户提供许多便利。 “事实上,到目前为止,我们所做的大部分工作都是由客户推动的,他们来找我们询问产品,”Balu说。

Balu认为GaN的关键点不是适配器,而是功率转换本身。一般而言,任何具有30至40瓦应用的产品都有机会使用GaN技术,而高功率产品只能通过GaN满足。

PI GaN系列产品开始出现在首位

根据充电头网络的拆卸,Anker,Aukey,Ravpower等许多公司采用了PI的PowiGaN解决方案,所有零件工厂都将采用GaN技术作为产品的主要卖点之一。正如Anker首席执行官杨萌在纽约举行的新闻发布会上所说:“传统的充电器使用Si(硅)作为半导体材料,不仅体积大而且效率低,而且由于散热过程中浪费了20%的潜在能量。在过去的12个月里,Anker Innovations一直在研究GaN技术,以减少充电器的能量损失,同时减小其尺寸。“

例如,ANKER着名的PowerPort Atom PD 1 GaN充电器,由充电头网络拆解,采用PI的SC1933C和内置GaN技术。然而,PI尚未公布PowiGaN的技术,因此它也被误传。它是PI InnoGaN系列,但无论如何这是PI首款用于商业用途的GaN产品,并且在过去六个月中已经得到市场的充分验证。

在SC1933C中没有明确指出GaN产品。

但是,在InnoSwitch3数据表中明确指出,INN3379C和INN3370C使用750V GaN开关。

PowiGaN技术的优势

gan以其优越的带隙、高的击穿电压、高的热导率、高的电子饱和漂移速度、强的抗辐射性和良好的化学稳定性而获得了广泛的光谱和高功率。在微电子、电力电子、光电子学等高效器件领域处于领先地位。

pi的高级技术培训经理jason yan指出,在pi关注的充电领域,gan的rdson更小,开关损耗更低。rdson的降低意味着导通电阻减小,从而导致导通损耗减小。对于开关损耗,当电压从高压到0时,电流主要从0到最大。重叠区产生功耗,gan具有较高的开关频率,因此开关损耗也较低。

如上图所示,gan比si-mosfet具有更小的导通损耗和开关损耗,从而获得更小的尺寸和更低的功率损耗。

据介绍,这正是因为gan具有足够高的散热设计,能够通过更好地控制内部温升和更强的gan抗si性能,实现小型高效的紧凑型适配器设计。特性,因此它非常适合需要体积、效率和寿命的应用。

具体来说,包括非原装USB PD适配器、高端手机充电器、笔记本适配器等团队规模或效率要求,如家用电器、电视机、服务器备用电源、电脑、游戏机等,另外也希望采用Innoswitch A一系列的产品,但在更高的功率输出是需要的,是市场的鲍伊根应用。

为什么甘刚开始起飞?

金金光说,业界十多年前就开始研究第三代宽带隙半导体的产业化。但gan和sic的产率都很低,成本较高。同时,gan的应用也非常困难,因为它是一种高速器件,pcb版图非常敏感,emi设计也很困难,pi通过集成将所有设计挑战集成到芯片中,提高了产品的可靠性,降低了设计难度。困难使得gan技术的大规模、市场化应用成为可能。

“从电源设计过程到器件的开关频率、工作波形、外部元件的选择、EMI/ESD的考虑,POWIGAN技术的INNOSWITCH 3与之前的没有什么不同,更容易被设计工程师接受”金金光说。

金金光补充说,对于赣电力应用,我们不提倡更高的开关频率应用。虽然频率越高,变压器体积可以越小,但频率越高意味着电磁干扰越强。为了满足emi的要求,需要额外的电路,如滤波器,这将增加整个解决方案的体积。因此,在innoswitch3中gan的工作频率与以往基于mosfet的产品相同,这也是权衡的结果。

Balu在投资者峰会上也说了类似的话。 PI的GaN技术与目前广泛讨论的GaN技术不同。 PI完全由内部开发,专为电源转换应用而设计。其次,GaN尚未商业化的原因主要是因为GaN在分立电路中很难控制,频率太快,并且难以控制或保护它。 PI的解决方案集成在片上系统中,解决了客户使用的问题。 “事实上,如果你把Inno 3中的GaN放入其中,除了更好的性能之外,它看起来和其他Inno 3相同。”PI内部研究了所有的安全功能并以适当的方式驱动GaN,我们有很多年研发经验,达到大批量出货的阶段,并得到客户的积极反馈。

金金光特别强调PI的PowiGaN技术采用单芯片解决方案,所有流程均由PI本身开发。其他制造商不会使用完全专有技术,PI也会在供应链中选择。它是一个长期稳定的代工合作伙伴,可确保产品的稳定性和可靠性。

PowiGaN适用于InnoSwitch3的每个系列

目前,所有InnoSwitch3产品(CP/EP/Pro)已成功引入GaN技术和批量生产。

如图所示,CP是恒定功率应用,EP适用于开放式应用,PRO具有支持USB PD + PPS模式的数字接口,这使得适配器的输出更加准确,无需额外的手机内部的DC-DC。一种转换器,可实现适配器输出的智能数字控制。

为了加快PowiGaN技术和InnoSwitch3系列产品的上市时间,PI开发了许多参考设计,主要用于USB PD开发。

“我们的GaN产品已于2018年投放市场。目前,安全性已得到充分验证。没有材料返回工厂。我们相信GaN代表着未来,特别是当一线OEM认识到GaN的安全性时效率之后,还会有更大的增长空间,“金金光说。

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