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氮化镓作为颠覆传统功率器件的革命性创新，正逐渐扩展其应用边界。作为全球高压功率转换技术的领军企业，Power Integrations（简称PI）长期致力于通过创新推动行业变革，尤其是在氮化镓（GaN）技术领域不断实现突破。
2024年11月4日，PI发布了业界首款1700V氮化镓开关IC——InnoMux™-2，这一产品标志着氮化镓技术发展的重要里程碑。InnoMux™-2采用PI独有的PowiGaN™技术和FluxLink™次级侧控制技术，在技术参数和性能上均实现了跨越式升级。其在1000VDC母线电压下效率高达90%，多路输出调节精度控制在1%以内，无需后级稳压器即可提升系统效率约10%。这一创新不仅填补了高电压应用领域的空白，还为太阳能逆变器、汽车充电器、工业设备等高端市场提供了更具成本效益的替代方案，与传统的碳化硅（SiC）器件相比具备显著优势。
PI市场副总裁Doug Bailey
PI市场副总裁Doug Bailey在专访中对与非网记者分享了这一产品背后的研发历程和技术突破。他指出：“从900V到1250V，再到1700V，PI在两年内完成了三次业界首创的耐压等级跃升。这是材料生长、器件设计和系统集成技术协同发展的成果。”
PI为何选择高压氮化镓路线？
作为一家全球领先的半导体高压功率转换技术企业，PI自成立以来便专注于氮化镓高压技术路线。 Bailey先生对与非网记者表示，高压技术路线因其对安全性、可靠性的更高要求，成为公司专注的核心方向。这一战略，与低压方向依赖规模效应和效率的竞争模式形成了鲜明对比。
Doug Bailey表示，在高压领域，PI凭借多项专利技术构建了强大的竞争壁垒。PI的PowiGaN™技术已实现从900V到1700V的氮化镓器件覆盖，标志着功率器件性能的新高度。此外，PI开发的FluxLink™数字隔离通信技术提供了高精度、多路输出控制的革命性方案。这些创新不仅提升了产品效率，还显著降低了系统复杂性，为客户带来更高性能和成本优势。
Bailey指出，PI的零电压开关（ZVS）技术彻底颠覆了传统开关损耗的极限。通过减少能量损失并提升可靠性，PI的技术在工业、汽车充电、太阳能逆变器和三相电表等领域占据了领先地位。
在功率半导体领域，氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）作为下一代功率器件的核心技术，正引领行业变革。两种材料因技术特性和成本结构的差异，定位于不同的市场应用场景，形成了互补又竞争的格局。市场调研机构Yole Intelligence预测，到2029年，全球功率氮化镓市场规模将达到20亿美元，而PI通过持续技术创新，进一步巩固其在市场中的领先地位。
碳化硅的主要优势在于其较高的电流承载能力和适合超高功率场景的垂直结构。这使其在轨道交通、高压输电以及电动车驱动模块中的逆变器领域占据了不可替代的地位。例如，在需要高压直流输电的电力系统中，碳化硅器件已展现出卓越的性能，成为行业标杆。
氮化镓的横向结构赋予其高开关速度和低开关损耗的特点，尤其适合中低功率领域，如消费电子、快充设备等。在这些市场中，氮化镓已占据领先地位。PI市场副总裁Doug Bailey指出，PI在氮化镓外延生长技术方面的独特优势，显著降低了缺陷率和成本，进一步增强了产品竞争力。这种成本优势使氮化镓在价格敏感的市场（如消费电子、家电和部分新能源应用）中更具吸引力。
PI氮化镓产品的主要应用场景？
近年来，PI相继推出了900V、1250V和1700V的氮化镓开关IC产品，涵盖了从中压到高压的广泛应用。这些产品凭借卓越的性能和成本优势，帮助客户提升系统效率并降低运营成本。
PI氮化镓产品的主要应用场景
PI 的氮化镓（GaN）产品通过其高效、高压、低损耗的特性，在新能源汽车、绿色能源、工业控制、智能家居和嵌入式适配器等领域展现了显著优势：
- 新能源汽车
在新能源汽车领域，PI 的氮化镓技术支持800V至1000V的高压母线电压，是推动电动车充电效率和续航能力提升的关键。通过零电压开关（ZVS）技术和 FluxLink™数字隔离通信技术，PI 不仅显著降低充电过程中的开关损耗，还优化了系统成本和体积，为高压电池组的充电提供了更高效、更经济的解决方案。
- 绿色能源
PI 的氮化镓技术在太阳能逆变器和储能系统中发挥了核心作用。其高开关速度和低损耗特性大幅简化了逆变器设计，同时提升了约10%的能量转换效率。这种技术优化降低了光伏系统的碳足迹，使其更适用于太阳能、风能和储能等快速增长的清洁能源领域。
- 工业电源控制
工业控制场景需要设备在高压和极端环境下保持可靠运行。PI 的氮化镓 IC 通过提供高达1200V以上的母线电压支持，以及高精度（±1%）多路输出能力，满足了工业设备多样化电源需求。同时，其低开关损耗和热管理优势减少了散热压力，为工业场景提供了更高的稳定性和可靠性。
- 智能家居
在智能家居市场，PI 的氮化镓 IC 以其待机功耗低至50mW以下的特点，显著提升了家用设备的能源效率。其多路电源灵活供电能力满足了通信模块、传感器和执行机构的多样需求，并通过减少元件数量优化设备设计，为智能家居设备提供了绿色节能的解决方案。
- 嵌入式适配器
紧凑的嵌入式设备和适配器对功率密度和散热有严格要求。PI 的氮化镓 IC 采用单级电源架构，显著降低了元件复杂度和热损耗。其高效设计使其适用于密封适配器和嵌入式系统，成为优化空间利用和可靠运行的理想选择。
InnoMux™-2的技术优势？
PI在2024年推出的1700V氮化镓InnoMux™-2 IC可支持高达1000V的直流母线电压，效率超过90%。产品具备多路输出调整功能，调整精度高达1%，无需额外稳压器，进一步提升了整体系统效率和成本效益。
从技术层面看，这款1700V氮化镓IC的问世不仅仅是一次产品升级，而是对氮化镓技术成熟度和应用潜力的一次全面验证。PI技术副总裁Radu Barsan表示：“我们在不到两年的时间里实现了三次行业领先的电压跃升，从900V到1250V，再到现在的1700V。这不仅是一项技术成就，更表明PI对氮化镓技术发展的深度理解和掌控。”
PI不仅推出技术领先的产品，还通过与产业链上下游深度合作，帮助客户实现产品快速开发。例如，PI的InnoMux™-2系列提供丰富的参考设计和评估工具，让客户更快将设计理念转化为实际产品。同时，PI推出的参考设计RDR-1053，这是一款60W双路输出（5V和24V）的电源方案，可免费下载。这不仅为工程师提供了设计参考，也展现了InnoMux-2的多样化应用场景。样品IC和评估板可通过PI的销售代表及其全球授权分销商（如DigiKey、Mouser等）获得。
PI 技术优势
Power Integrations（PI）凭借其在高压功率转换领域的技术创新和市场布局，确立了行业领导地位。其核心优势集中在氮化镓（GaN）技术的应用上，特别是通过PowiGaN™技术实现了全球首款1700V GaN开关IC，成为推动高压功率器件技术发展的重要力量。相比传统硅和碳化硅（SiC）器件，GaN在导通损耗、开关速度和体积方面具有显著优势，而PI通过PowiGaN™技术将这些优势进一步放大，使其产品不仅性能出色，还具备成本优势。
在技术层面，PI通过创新的零电压开关（ZVS）技术，将开关损耗几乎完全消除，使得器件发热量显著降低，这不仅提升了效率，还增强了功率器件在高压应用中的可靠性。此外，FluxLink™数字隔离通信技术通过磁感耦合取代了传统的光耦隔离方式，实现了更高效的初级与次级通信，不仅提高了响应速度，还降低了系统的待机功耗，适应了现代高效节能的需求。尤其在多路输出设计中，PI通过单级多路输出架构实现了每路输出电压的独立精确控制，精度高达±1%，无需额外的后级稳压器，从而大幅简化了设计，降低了系统复杂度和成本，同时将效率提升约10%。
PI性能优势
在应用层面，PI的产品展现出强大的性能优势，特别是在高压和多路输出需求的场景中。其1700V InnoMux™-2系列支持1000V直流母线电压输入，效率超过90%，远高于传统方案的能效水平。这些性能特点使其在工业电源、太阳能逆变器和汽车充电器等领域具有强大的竞争力，为客户提供了更高效、更可靠的解决方案。
此外，得益于GaN的优异电气性能，PI的器件体积得以显著减小，满足了现代电子设备对轻量化和小型化设计的需求。在多路输出应用中，PI通过ZVS技术和FluxLink™技术的协同作用，不仅实现了高精度的电压控制，还提升了系统的整体可靠性和响应速度。这些特点尤其适用于工业控制器、智能家居和通信设备等对高可靠性和高精度要求较高的场景。相较传统设计，PI通过单级架构显著减少了组件数量，优化了设计复杂度，同时降低了制造成本，为客户提供了更具性价比的选择。
PI市场优势
与SiC相比，GaN具备更高的开关速度和更低的导通损耗，而PI通过PowiGaN™技术进一步提升了氮化镓的市场应用潜力。同时，PI通过ZVS和FluxLink™技术的引入，提升了产品的技术门槛，巩固了其市场领导地位，并有效抵御了潜在竞争者的挑战。在推动行业技术进步的同时，PI也通过技术整合和优化，为市场提供了更优的产品选择，满足了日益增长的高效、轻量化和可靠性需求。
在全球对高效节能需求日益增加的背景下，PI的产品通过更高的效率和更小的体积，顺应了市场发展趋势。其FluxLink™技术和ZVS技术的结合，不仅减少了系统的待机功耗，还在多路输出设备中展现了出色的电压控制能力，这在现代电子设备追求高精度和高可靠性的需求中尤为重要。此外，PI通过简化电路设计，减少组件数量，为客户降低了生产成本，这种技术与成本的平衡使其产品在市场中更具吸引力。
如何应对氮化镓推广的技术挑战？
氮化镓（GaN）具有高效率、低能耗和潜在的成本优势等多种优点，但Bailey也提到了氮化镓在推广过程中面临的挑战以及PI的应对措施：
- 可靠性与材料改进
可靠性是氮化镓器件在高电压、高功率应用中的核心挑战之一。材料中的微小缺陷可能导致器件失效，尤其是在高压条件下更为明显。PI在外延生长技术上取得了重要突破，通过减少材料中的缺陷密度，显著提升了器件的耐压能力与长期稳定性。这种优化使PI成为业内首个推出1700V氮化镓器件的厂商，为其在工业和新能源领域的应用奠定了技术基础。
- 热管理优化
氮化镓器件在高开关频率下产生的热量对热管理提出了更高要求。PI通过自主研发的封装技术，将芯片中的热量迅速传导至PCB板或散热器，大幅降低了器件的热阻。此外，其零电压开关（ZVS）技术有效减少了开关损耗，从源头上控制了热量的产生。这些技术使PI的氮化镓器件在高电压应用中表现出色，同时具备更高的热稳定性。
- 横向结构的局限性
氮化镓器件的横向结构限制了其在高电流场景中的应用潜力。相比之下，碳化硅（SiC）的垂直结构因更大的电流承载能力，在工业级驱动、电网等高功率领域具有天然优势。针对这一局限，PI正积极研发下一代垂直氮化镓器件，力求在高电流应用中迎头赶上。这一方向的突破将进一步提升氮化镓技术的广泛适用性。
- 生产工艺的复杂性
氮化镓技术需要在成本和性能之间达到平衡。尽管氮化镓在原料成本和能耗上具备优势，但生产中减少缺陷率和提升良品率仍是关键难题。PI通过持续改进外延生长技术，以及研发高效的生产工艺，大幅提升了晶圆的良品率，从而降低了生产成本。
- 系统集成的复杂性
氮化镓器件对系统设计的要求更高。例如，PI的FluxLink™数字隔离通信技术不仅替代了传统光耦器件，降低了功耗，还增强了系统响应速度。然而，这种创新技术增加了系统设计的复杂性，要求工程团队在可靠性、成本和性能之间找到最佳平衡点。
除了技术挑战，氮化镓产品的推广也面临市场竞争和成本压力，尽管PI的1700V氮化镓器件在成本和效率上具有综合优势，但目前SiC凭借成熟的应用经验和可靠性，在某些领域仍是强有力的竞争对手。
总结
综上，凭借在高压氮化镓（GaN）技术领域的深厚积累与创新能力， PI确立了其行业标杆地位，并持续推动功率转换技术的发展。
1700V GaN InnoMux™-2这款产品展示了其在高压GaN技术中的领先能力，特别是在可靠性和散热性能上的突破。
PI将GaN器件视为清洁能源生态系统中的关键技术之一，聚焦于太阳能、储能设备和工业电机控制等领域。PI的高效、低损耗产品设计显著提升了能源转换效率，同时降低了环境影响。
展望未来，PI将更积极的探索更高电压、更高效率和更广泛的应用场景。例如，针对更高电流需求的垂直型氮化镓器件已进入研发阶段，这种技术的成熟有望彻底改变市场格局，扩展氮化镓器件的应用领域。
此外，目前氮化镓领域还缺乏统一的行业标准，Doug Bailey表示，PI不仅致力于技术领先，还希望推动氮化镓技术成为功率电子行业的标准化技术。通过与产业链伙伴的合作，PI力求建立技术规范，促进整个行业朝着更高效、更可靠的方向发展。
在全球绿色转型和高效能技术需求日益增长的背景下，PI的创新与市场战略将继续引领行业发展，加速氮化镓器件的普及，推动全球功率转换技术迈向更高效、更环保的未来。
