IC效率高達98.3%！業(yè)界首款集成1700V SiC MOSFET！PI新款氮化鎵IC和碳化硅器件有何過人之處？

（電子發(fā)燒友原創(chuàng) 文/章鷹）近日，美國Power Integrations公布了截至2022年3月31日的季度財務(wù)業(yè)績，第一季度的營業(yè)收入為1.821億美元，同比增長5%。第一季度的凈利潤為4620萬美元。

Power Integrations 總裁兼首席執(zhí)行官 Balu Balakrishnan表示：“第一季度銷售額再創(chuàng)新高，盈利增長強勁。受益于消費電子充電市場需求，包括電器、筆記本電腦、智能手機充電需求增加，以及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用市場的增長，我們看到高度集成的GaN產(chǎn)品和公司的BridgeSwitch電機驅(qū)動IC被廣泛采用，我們擁有強大的新產(chǎn)品渠道，利用FluxLink隔離技術(shù)和專有的Powigan晶體管等領(lǐng)先技術(shù)?！?br />

對于目前市場看好USB PD3.1技術(shù)推動的大功率市場，還有高速增長的電動汽車市場，PI帶來了哪些領(lǐng)先的電源驅(qū)動解決方案？PI的IC產(chǎn)品在能耗、散熱、設(shè)計的系統(tǒng)性上體現(xiàn)了哪些優(yōu)勢？PI給出了精彩的答復(fù)。

大功率充電方案：采用750V PowiGaN 開關(guān)，HiperPFS-5 IC效率高達98.3%

PI對于電源市場的變化尤為敏銳。自USB PD 3.1快充標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，充電功率已經(jīng)由原來的100W上升到240W，并且支持最大48V、5A的電壓輸出。隨著功率的增加，維系系統(tǒng)的高效率面臨挑戰(zhàn)。這會帶來兩重挑戰(zhàn)：一、大輸入功率會有功率因數(shù)校正的要求，當(dāng)輸入功率大于75W，PI會在電源的前級上加一個功率校正（PFC）電路，使得交流輸入端的的電流的相位完全跟蹤電壓；二、額外增加的前級PFC開關(guān)電路會降低整個系統(tǒng)效率，必須同時提高PFC前級和后級的功率變化器的效率。

作為全球USB充電器和適配器電源IC的領(lǐng)先供應(yīng)商，PI推出了內(nèi)部集成750V PowiGaN氮化鎵開關(guān)的HiperPFS-5系列功率因數(shù)校正(PFC)IC。新IC的效率高達98.3%，在無需散熱片的情況下可提供高達240W的輸出功率，并可實現(xiàn)優(yōu)于0.98的功率因數(shù)。這是市場上第一款內(nèi)置氮化鎵開關(guān)的功率因素校正產(chǎn)品，耐壓750V，可以保證在90V到308V的時候，功率校正因素產(chǎn)品都可以可靠工作。

圖片來自PI

同時，Power Integrations還推出節(jié)能型HiperLCS-2芯片組，這一新的IC產(chǎn)品系列可極大簡化LLC諧振功率變換器的設(shè)計和生產(chǎn)。新推出的雙芯片解決方案由一個隔離器件和一個獨立半橋功率器件組成，其中的隔離器件集成了高帶寬LLC控制器、同步整流驅(qū)動器和FluxLink?隔離控制鏈路，其中的獨立半橋功率器件采用Power Integrations獨特的600V FREDFET，可提供無損耗流檢測，并且還集成上管和下管驅(qū)動器。相較于分立式設(shè)計，這種高度集成的節(jié)能架構(gòu)無需散熱片，并且元件數(shù)量可減少高達40%。

HiperPFS-5加上HiperLCS-2芯片組的電源方案，與傳統(tǒng)方案相比減少了40%的元件數(shù)量。這套方案適用于電視機、帶USB PD接口的顯示器、電動車、電動工具、打印機、投影儀、電源適配器、PC主機電源、游戲機，以及240W功耗的家電應(yīng)用。

PI認為，USB3.1極大地擴展了兼容適配器的功率范圍，從略高于100W擴展到240W。這不僅有利于擴大USB-PD的應(yīng)用范圍，還能夠明顯縮短更大功率設(shè)備的充電時間，并且提高用戶便利性。PI已經(jīng)推出了InnoSwitch4和HiperLCS-2開關(guān)IC，它們能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率水平，并分別滿足設(shè)計工程師對反激式和LLC變換器的偏好。

現(xiàn)在，PI還推出了基于氮化鎵的功率因數(shù)校正IC - HiperPFS-5，該器件具有極高能效，適合USB-PD 3.1應(yīng)用，并且無需散熱片，可實現(xiàn)非常小巧的外形尺寸。

電動汽車高速增長，PI推出兩款碳化硅汽車級開關(guān)電源IC

對于汽車而言，車輛續(xù)航里程通常被認為是電動汽車潛在購買者最關(guān)心的問題?？焖俪潆娤到y(tǒng)的出現(xiàn)有助于解決這個問題，但這些系統(tǒng)需要更高的母線電壓，而800V電池正在成為電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。

800V系統(tǒng)通常從硅基IGBT轉(zhuǎn)向碳化硅 MOSFET，SiC器件可以提供更高的開關(guān)速度，因為開關(guān)損耗更低。例如保時捷的全電動跑車Tayan的續(xù)航歷程為420公里，采用了800V的電池架構(gòu)，在240KW的快速充電站僅需要22.5分鐘即可將從5%充電到80%。起亞宣布推出的EV6 800V架構(gòu)汽車，該車在18分鐘內(nèi)從10%充電至80%。

在汽車應(yīng)用領(lǐng)域，Power Integrations正在迅速擴大其創(chuàng)新解決方案的范圍，包括基于碳化硅的器件。最近，公司發(fā)布兩款新器件，符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，額定電壓1700V的IC，為InnoSwitch3-AQ產(chǎn)品系列再添新成員。這兩款新器件解決800V系統(tǒng)面臨的新挑戰(zhàn)。

這些新器件是業(yè)界首款采用碳化硅(SiC)初級開關(guān)MOSFET的汽車級開關(guān)電源IC。新IC可提供高達70W的輸出功率，主要用于600V和800V純電池和燃料電池乘用車，以及電動巴士、卡車和各種工業(yè)電源應(yīng)用。

使用InnoSwitch3-AQ器件的電路可以使用很小的電路板面積，安全地從主母線上汲取少許能量供控制電路使用，而不會造成能量的浪費。最值得一提的是，新器件還可以大幅簡化主牽引逆變器的應(yīng)急電源的設(shè)計。應(yīng)急電源需要隨時準(zhǔn)備著在30V和1000V之間的任何電壓下工作。PI基于SiC的InnoSwitch3-AQ器件可以輕松應(yīng)對如此廣泛的工作電壓范圍。

對于電源IC的供應(yīng)問題，PI表示：“在過去的兩年里，公司的出貨量急劇增加，但我們一直能夠滿足客戶的實際需求，只是訂單交貨期有所延長，現(xiàn)在為16周。我們預(yù)計，隨著2022年新增產(chǎn)能的上線，訂單交貨時間將會縮短?！?br />

對于2022財年業(yè)績的展望，PI表示2021財年公司的業(yè)績增長超過40%，今年第一季度增長仍然強勁。PI仍然將主要市場聚焦于消費電子產(chǎn)品，比如適配器（特別是USB PD設(shè)備和電視機適配器）、電動汽車和非電動汽車，以及家電產(chǎn)品，PI的BridgeSwitch電機驅(qū)動IC十分熱銷，正在幫助提高產(chǎn)品性能和實現(xiàn)全球能源效率目標(biāo)。


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