高保真音响

高性能音响的功放要求近乎理想化的开关波形来减少失真,这是因为任何无用频率的谐波都会导致人耳可听频带。GaN化解了这个问题,它能在高得多的压摆率下高效开关,并且开关行为可预测性较高,极大减少了谐波失真,实现了更理想的音响性能,将噪音限制在更高的不可听的频带内。

通过GaN设计最佳解决方案

由于高频电源系统设计带来了新的挑战,即使老练的电源设计师也要经受考验,但如果有现成的解决方案就可以显著缩短设计周期。TI供应完整的电源级产品,可帮助设计师把问题大大简化。我们现有的解决方案能够满足电源供应链中不同的电压水平和需求,这些解决方案在小巧的低电感封装内集成了内置保护功能。另外,TI的GaN FET驱动器和可以与该驱动器无缝配对的高频模拟与数字控制器,共同有力支持了利用基础元件构建电源系统的设计师。

图8．LMG3410:600V/70 mΩ 12A GaN电源级。

今天的GaN立足于未来

GaN技术已经在缩减系统规模和提高电源效率方面扮演着重要角色。该技术实现的节省对所有应用都有重要影响,尤其是数据中心、基站和其他高密度系统。另外,GaN的高频运行有助进行精确的电机控制和为LiDAR及音响应用提供更高分辨率。随着创新拓扑和新方法的发明与应用,其他类型的应用也将快速跟进。

因而电源系统设计师不必再等待GaN革命的爆发。GaN解决方案就在今天,TI在竭力并持续推动这项技术的创新,我们在不断开发更先进的技术。集成化解决方案节约了开发时间并且可以随时利用,同时我们针对广泛应用的参考设计也在稳步增加。当下对电源效率的需求越来越紧迫,TI技术和解决方案继续保持领先的创新,帮助世界变得更智能、更环保。

这些新的设计挑战为最终产品的创新及形成别具一格的特色提供了具有重要意义的机会。

德州仪器(TI)是推动GaN开发和支持系统设计师采用这项新技术的领军企业。TI基于GaN的电源解决方案和参考设计,致力于帮助系统设计师节省空间、取得更高电源效率及简化设计流程。TI新颖的解决方案不仅可以优化性能,而且攻克了具有挑战性的实施问题,使客户得以设计高能效系统,建设更绿色环保的世界。

GaN技术和解决方案的电源优势

GaN提供更高效和性能卓越的电源,其中的原因是多方面的。快速爬升时间、低导通电阻、低栅电容和输出电容,无不降低了开关损耗,并支持以多种频率工作,速度通常比当今硅基解决方案快一个数量级。如图1所示。更低的损耗等同于更高效的电源分布,这减少了发热并精简了实用冷却方案。

AC/DC电源的目标是要把AC线路电源转化为较低电压,为手机或个人计算机等低压电气设备供电或充电,而这通常通过几个功率级实现。第一级是普通电源,包括供电AC线路电源,它通过功率因数校正(PFC)级产生DC总线高压,通常为380 V。在第二级,该电压经由高压DC/DC转换器被转换为低压(一般是48 V 或12 V)。这两级被称为交直流转换级。它们一般被部署在一起并提供保护设备和人员的隔离措施。第二级转换器输出的12 V或48 V电压,被分配给位于不同负载点(POL)的最终使用电路,例如设备柜内的不同电路板。第三级转换器存在一或多个直流转换器,可产生电子组件所需的低压。

图2中的示例显示了1kW基于GaN的AC/DC,及GaN如何改进了PFC级、高压DC/DC转换器和POL级的功率密度。本示例最重要的一点不仅仅是使用了GaN,更重要的是它是如何使用的。目前我们仍然使用PFC、DC/DC和POL,但是它们的实施或使用的电源拓扑有所不同,经过优化的电源拓扑可更大程度发挥GaN的性能。

POL级利用GaN的高效开关属性,使48 V高效硬开关转换器直接达到1 V。大多数硅解决方案需要中间第四级将48 V转换为12 V,但GaN可实现真正的单级转换,直接转换为1 V。通过这种方式,基于GaN的设计可将元件数量减少一半,并将功率密度提高三倍(图5)。

图5．两个POL级到单级。

满足一系列应用要求

GaN的优势不仅限于AC/DC电源。

如图6所示的多种其他应用,也可从GaN提供的更高效率和功率密度获益。以下提及的最终设备或某些更令人兴奋的领域都迅速提高了对GaN的利用率。