Power Integrations 2,200V GaN技术瞄准下一代高压电动汽车与数据中心 | Electronic Design

正文

本文由新莱福 MIM转载。所有权利归原出版商所有；请参阅下方来源。

全球首款2,200V GaN技术瞄准高压电动汽车与数据中心

2,200V PowiGaN技术为电动汽车、AI数据中心以及光伏和高压直流（HVDC）系统带来了更高的功率密度、更高的效率，以及更安全、更简单的系统架构。

如果你一直关注关于电动汽车的市场预测，那么对提高功率和高效快速充电解决方案的需求日益增长这一概念应该并不陌生，这些解决方案旨在提升用户体验并实现更高的市场接受度。

过去，电动汽车的直流快充依赖于成熟的硅基半导体器件，例如在其交流-直流功率因数校正（PFC）和随后的隔离直流-直流转换器级中使用的MOSFET和IGBT。虽然这些硅基技术一直作为行业标准，但它们越来越遇到基础材料极限，尤其是在面临现代电动汽车快充的高功率和高频需求时。

尽管如此，传统硅基转换器在功率密度、效率和热性能方面的固有局限，阻碍了更小尺寸和更高功率解决方案的发展。

现代电动汽车快充现在使用碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带（WBG）半导体来取代老旧的硅器件。宽禁带半导体有望彻底改变电动汽车快速充电器的设计，为开发更高效、更轻量并最终无处不在的下一代解决方案铺平道路。

例如，用于下一代电动汽车快充的基于GaN的直流-直流转换器，能够实现高开关速度、更低的损耗和更紧凑的设计，与硅相比效率提升高达30%至50%。关键设计方面包括先进的栅极驱动、高频磁性元件、EMI抑制、热管理和数字控制。

GaN HEMT已被应用于许多商用电源设计中，涵盖广泛的应用，这些应用利用了该技术低损耗的快速开关能力。直到最近，GaN一直定位于主导中压（400至900 V）电动汽车充电器市场。

紧跟路线图需求

然而，GaN技术必须跟上电动汽车、数据中心、可再生能源和高压直流基础设施路线图的步伐，这些路线图要求更高的电压和更大的功率密度。各制造商提供的商用器件通常提供低于200 V以及600至650 V范围内的额定电压。

为了在800V直流母线应用中利用GaN的优势，650V GaN器件被用于两管串联堆叠半桥配置，总共使用四个650V GaN器件。虽然这种堆叠拓扑可以在GaN可能实现的高频下工作，但它引入了几个挑战，包括控制复杂性增加、输入电压不平衡导致的可靠性风险、更大的占板面积以及更大的传导损耗，从而导致效率降低和成本增加。

使用硅衬底构建的商用GaN HEMT技术很难扩展到900 V以上的电压，因为需要非常厚的缓冲层，这增加了巨大的加工挑战。因此，需要1,200 V及以上额定电压的宽禁带功率器件的应用一直局限于使用SiC开关。

然而，与SiC相比，GaN可能实现高得多的开关频率。它还能提供一条途径，在保持高效率的同时满足各种应用所需的日益增长的功率密度。

同样，AI计算的需求正推动数据中心电源架构向更高效率和更高功率密度发展。

在谈到向800V直流数据中心电源过渡以支持兆瓦级机架时，Yole Group化合物半导体技术与市场分析师Roy Dagher博士表示：“AI数据中心向800V直流母线架构的转变正在重塑功率半导体。GaN的电压上限使其无法进入主电源路径，将这一领域让给了SiC。2,200V的额定电压改变了这一现状，为单级拓扑提供了裕量，并为新兴的1,500V数据中心和电动汽车设计提供了未来保障。我们预计到2031年，功率GaN器件市场将达到35亿美元，而将GaN扩展到这些更高电压的应用是这一增长的重要组成部分。”

2,200V GaN技术

为了改变这一现状，Power Integrations展示了全球唯一商用的2,200V GaN技术，该公司声称其电压能力超过了所有其他商用GaN技术。这一突破为下一代电动汽车、AI数据中心、可再生能源系统和高压直流基础设施开启了更高功率密度、更高效率以及更简单的高压电源架构的大门。

Power Integrations总裁兼首席执行官Jennifer Lloyd表示：“我们的2,200V PowiGaN技术为新兴的高压电源系统提供了充足的电压裕量，同时实现了最大化功率密度所需的高开关频率。”

“新兴应用包括下一代AI数据中心，行业路线图指向1,500V配电架构，以及在越来越高输出电压（48 V）下运行的未来电动汽车电池和辅助电源系统。这一里程碑式的突破将GaN的应用范围扩展到了传统上由SiC服务的电压范围，为太阳能、高压直流和先进工业电源转换等应用提供了极具吸引力的高频替代方案。”

2,200V PowiGaN技术的推出意味着可以支持更高的母线架构，不仅为数据中心，而且为电动汽车、光伏逆变器和电池储能系统的电源设计提供了未来保障。

资讯来源

- electronicdesign.com (2026-08-23) - 原文：Power Integrations 2,200-V GaN Tech Eyes Next-Gen High-Voltage EVs, Data Centers | Electronic Design