隨著硅基 MOSFET 和功率器件接近其物理極限，功率工程師已開始轉向氮化鎵 （GaN） 以提高性能并減小整體解決方案尺寸。為了實現更小的外形尺寸和更高的效率，越來越多的電源設計人員正在使用基于 GaN 的晶體管而不是基于硅的器件。作為一種寬帶隙材料，氮化鎵具有比硅更優越的特性：它可以在更高的頻率下運行、耗散更少的功率、更有效地導熱并提供更好的熱管理。

SiC 和 GaN器件具有比 Si 高得多的臨界擊穿電壓，從而允許更薄的漂移層和更高的摻雜濃度。對于給定的芯片面積和額定電壓，這會導致較低的導通電阻，從而通過減少功率損耗提供更高的效率。此外，碳化硅的熱導率是硅的三倍以上，因此可以在相同的溫升下使用更小的芯片。SiC 和 GaN 還通過具有更高的最大工作溫度和限制應力來提供比 Si 更高的效率。

在 SMPS 電源中，高開關頻率是一個主要優勢，因為它可以減小磁性元件和其他組件的尺寸，實現更高的小型化和成本節約。然而，開關損耗與頻率呈線性相關。這就是為什么 Si-MOSFET 以數百赫茲的頻率進行開關會產生不可忽視的能量損失的原因。另一方面，氮化鎵具有更高的電子飽和速度和更低的電容，提供更高的開關速率和更低的功率損耗。

通過采用基于 GaN 的開關功率晶體管，下一代電源應用可以在更高的電壓和開關頻率下運行，與傳統的基于硅的解決方案相比，可顯著提高性能并減少損耗、占地面積和重量。這些穩健性的固有特性使 GaN 成為在不斷發展的應用中大規模采用的理想材料，例如汽車、工業、電信和消費電子市場的其他特定應用，包括 100 V 集群和 650 V 集群。

智能集成氮化鎵解決方案

任何電子設備，從家用電器到筆記本電腦再到數據中心，都依賴于電源轉換系統。然而，當今的大部分電力系統都基于一種可以追溯到幾十年前的技術，效率低下，占用的空間也不容忽視。

Wise-integration 利用臺積電 （TSMC） 最新獲得認證的 650V GaN/Si 可用技術，能夠管理從器件規格到系統組裝的所有工業化流程。

“我們基于 GaN 的產品，名為 WiseGan，在同一芯片上集成了具有智能功能的電源開關。功率晶體管為 650V 電子模式，而智能功能包括柵極控制和保護電路、設計人員友好的功能和應用安全功能，”Wise-integration 的首席技術官 Dominique Bergogne 說。

WiseGan IC（如圖 1 所示）適用于功率范圍為 30W 至 3KW 的中等功率應用，包括：

消費類電池充電器

入墻式 USB-C 充電器

電動汽車（電動自行車充電器）

工業（數據中心電源）

WiseGan 采用優化的架構，可將標準基于 GaN 的充電器的體積減少 30%。GaN 技術可實現極致性能，而 Wise-Integration 專有架構可通過減少 AC-DC 電源轉換器中的組件數量并在不影響性能的情況下實現高效解決方案，從而進一步提高成本性能。

據發言人稱，采用 WiseGan 技術帶來的主要好處如下：

由于在高頻下進行超快速切換并減少有效面積，因此可以更智能地使用資源并提高性能

更小尺寸的組件可提供更高的輸出功率和更低的功率損耗

集成 GaN 器件能夠在 1MHz 以上的頻率下運行，從而實現更高的功率密度

更高的能源效率（98% 與傳統轉換器的 94%）

Wise-Integration 首席執行官 Thierry Bouchet 表示：“我們的愿景是最大限度地提高客戶產品的利益和吸引力，減少能源消耗、尺寸和成本。”

為了更好地滿足電源市場的需求，這家總部位于法國的公司將其 WiseGan 技術與 WiseWare 獲得專利的 AC-DC 系統架構相結合，該架構由數字控制運行。WiseWare 是一種可以在微控制器上運行的軟件應用程序。這種雙重平臺能夠將充電器的尺寸、重量和功耗減少 6 倍。

作為由高等教育、研究與創新部資助、創新與產業基金支持的 2019 年全國 i-Lab 競賽的獲勝者之一，Wise-Integration 研究團隊最近籌集了 270 萬歐元。據公司介紹，這筆資金將用于支持其第一代WiseGan IC到2022年實現產業化和商業化，并進一步開發其WiseWare電源轉換平臺。

WiseGan ZVS 評估板

Wise-Integration 還開發了一個評估板，允許評估其 WI62100、半橋 100mΩ（或 WI62175 半橋 175mΩ）、增強型高電子遷移率晶體管 （EHEMT） 以及 Si8274GB4D-IS1 柵極驅動器橋接配置（見圖 2）。

該板具有 ZVS（零電壓開關）功能，允許組件的軟開關，從而降低開關損耗，同時啟用高頻開關。該測試板還包括一個 LTC6907 以生成控制信號、用于電源連接的接頭和用于波形測量的探針點。

WI62100 IC 是一個半橋電路，在 6x8mm PQFN 封裝中集成了兩個 RDS（on）=100mΩ 的 GaN 功率晶體管。LTC6907 振蕩器配置為向 Si8274GB4D-IS1 隔離式柵極驅動器提供 1MHz PWM 信號，兩者均通過微型 USB 電源連接器由 5VDC 電壓供電。隔離式柵極驅動器的 DT 引腳對應于可編程死區時間控制，提供重疊保護，防止兩個驅動器輸出同時變為高電平。因此，它用于設置一個輸出變低和另一個輸出變高之間的時間量。兩個驅動器輸出直接連接到 GaN 功率晶體管的柵極端子。