這篇技術文章由德州儀器（TEXAS INSTRUMENTS）的 Srijan Ashok 撰寫，主要介紹了中電壓氮化鎵（GaN）在四種應用領域的優勢和應用情況，強調其對電子設計轉型的推動作用。
*附件：中電壓氮化鎵（GaN）在四種應用領域的優勢.pdf

1. 背景 ：隨著技術發展，電力需求攀升，設計人員面臨提升設計效率、在相同體積下提供更多電力的挑戰。GaN 因具有增加功率密度和提升效率兩大優勢，在高電壓電源設計中得到應用，新的中電壓（80V - 200V）GaN 解決方案也逐漸受到歡迎。
   隨著技術的快速發展，這意味著對電力的需求也在不斷攀升。為了持續推動這種發展態勢，業界也越來越多地將太陽能等更多可再生能源接入電網。同樣，服務器的需求呈指數級增長，以實現更快的數據處理、大數據存儲和人工智能（AI）應用。設計人員為了順應全球趨勢，正面臨一項艱巨任務：不斷提高設計效率，在保持設計效率提升的同時，以相同的體積提供更多電力。
   這樣的挑戰促使業界在高電壓電源設計中采用氮化鎵（GaN），原因在于GaN具有兩大優勢：

• 提高功率密度。GaN具有更高的開關頻率，使設計人員能夠使用尺寸更小的電感、電容等被動元件，從而縮小電路板尺寸。
• 提升效率。與硅晶設計相比，GaN出色的開關和傳導損耗性能可降低超過50%的損耗。
  除了業界采用的高電壓GaN（額定電壓≥600V ）外，新的中電壓GaN解決方案（額定電壓80V - 200V）也越來越受歡迎，它能在電源系統中實現更高的功率密度和效率，而這是以往的高電壓GaN無法做到的。
  在本文中，我將介紹目前GaN正逐漸廣泛應用的四個主要中電壓領域。

2. 中電壓 GaN 的應用領域

• 太陽能 ：太陽能產能增長迅速，對系統效率和功率密度需求高。GaN 裝置（如 LMG2100R044 和 LMG3100R017）有助于縮減太陽能面板子系統 40% 以上的系統尺寸。太陽能主要通過升壓器、逆變器等子系統實現能量轉換，GaN 在其中發揮重要作用。
  
  
• 服務器 ：人工智能發展使服務器需求指數級增長，對效率要求高。在服務器電源應用的三個主要系統中，100V 至 200V GaN 可發揮作用。例如，GaN 解決方案（如 LMG3100）可降低 PSU 中 LLC 階段次級同步整流器的損耗；LMG2100 和 LMG3100 等裝置可用于 IBC，減少 I2R 損失；電池備援單元使用 GaN 可避免 “直流 - 交流 - 直流” 轉換過程中的損失。
  
• 電信功率 ：電信無線電電源供應器對效率要求高，且 5G、6G 網絡發展需要低損耗的高密度設計。LMG2100 可將此類設計的功率密度提升 > 40%。GaN 在電信功率應用中，可將負電池電壓轉換為適合功率放大器或其他直流負載的電壓。
• 馬達驅動 ：GaN 可用于馬達驅動電路，其零反向復原特性可降低失效時間損失并提升效率，較高的切換頻率能縮減被動元件尺寸，產生更精細的馬達驅動設計。
  

3. 結論 ：GaN 有潛力取代傳統矽晶 FET，還適用于通用 DC/DC 轉換、D 類音頻放大器等領域。其較高的切換頻率和較低的功率損耗，通過整合式功率級可使功率設計更簡化。