为了填补开关IC市场高压电源技术的空白，近日全球领先的高压集成电路供应商Power Integrations（以下简称“PI”）扩充了旗下产品组合，推出了一款额定耐压为1700V的氮化镓开关IC——InnoMux™-2 1700V IC，旨在为业界提供更高能效、更低成本的解决方案。作为一种特殊的电力设备，高压电源在工业、通信、航空航天，以及可再生能源等领域均发挥着重要作用。虽然目前市面上已经出现了不少同类功率器件，但此次PI研发的这款1700V氮化镓开关IC，则是在业界创下了多个“第一”！据PI技术培训经理Jason Yan介绍，全新推出的功率器件属于InnoMux-2系列单级、独立调节的多输出离线电源集成电路家族，是基于上一代产品的成功经验而设计的；其独特之处就在于，这是全球首款1700V氮化镓开关IC。
从技术层面看，这款产品是行业内第一个将额定耐压提升至1700V，同时也是第一个在高压电源应用中使用氮化镓技术的功率器件，这些创新性设计都是业界没有尝试过的先例。虽然PI曾在2022年推出过一款1700V汽车级高压开关，但该产品采用的是碳化硅材料，无论在功率密度上，还是能量损耗方面，都不如氮化镓器件的性能突出。与之相比，氮化镓器件的开关速度更快、通态电阻（RDS-ON）更低、驱动损耗更小，尤其是在小型化电源等需要更高频率的应用场合中，氮化镓器件具有无可比拟的高转换效率和低发热特性。另据市场研究机构Yole Group最新发布的报告显示，得益于氮化镓在汽车和服务器等高端应用场景中的发展，预计到2029年底，功率氮化镓器件市场规模将达到20亿美元。鉴于这一材料独特的性能和广泛的应用前景，近年来PI开始在氮化镓技术上发力，快速推进相关产品的研发。在氮化镓这条赛道上，PI仅仅用了不到两年的时间，就实现了三个电压等级的突破（分别是900V、1250V、1700V），并将氮化镓提升为成熟可靠的半导体技术，这再次证明了其在高压集成电路技术领域的领先地位和强大实力。据了解，此前的业界首创的高耐压氮化镓产品是PI于2023年推出的1250V器件。现如今，随着1700V氮化镓开关IC的发布，PI又一次打破了这项业界记录。根据官方提供的数据显示，得益于氮化镓开关低输出电容的特性，使其更加适用于高频、高压的开关应用，因而最新推出的InnoMux-2 1700V IC可在反激设计中轻松支持1000VDC额定输入电压，并在需要一个、两个或三个供电电压的应用中实现了90%以上的效率，从而将功率开关的性能再次提升到了一个新的高度。
除了提升额定耐压之外，PI在研发InnoMux-2 1700V IC时，还增加了一些独特的控制方式，通过融入多项创新技术，使其实现了多路输出应用的高精度输出调整，减少了元件数量，并大大简化了电路结构。
一般来说，大多数现代电子系统都依赖于多个内部电压来给各个子系统提供供电，如计算、通信和执行功能（通常是某种形式的热、光、声音或运动），但每个子系统的稳压精度都要求非常严格。通常采用二次稳压变换的方式来稳定输出电压，而二次变换会降低系统效率，降低系统性能并产生热量。而InnoMux-2 IC通过独立反馈调节、对能量进行导引分方式，只利用单级变换即可提供高达三个高精度的CV输出或两个CV输出和一个CC输出，不仅有效地解决了这一挑战，实现了紧凑高效的电源设计，同时还优化了系统负载响应，能够在不需要后级稳压器的情况下实现高精度控制，从而进一步提升了整体电源系统的效率及降低了系统成本。二是，采用了FluxLink™次级侧控制（SSR）数字隔离通信技术。PI创新的FluxLink™技术具有次级侧控制方式的优势，兼具初级侧驱动方式的简单性，以及极其快速的动态响应特性，可在无需专用隔离变压器检测绕组和光耦的情况下，实现高效率、高精度和高可靠性的电源电路。而快速的动态响应特性可以节省电源的输出滤波电容成本，也利于缩小电源本身的尺寸，提升功率密度。三是，采用了不需要有源钳位的零电压开关（ZVS）技术。零电压开关（ZVS）技术的基本原理是在开关管两端的电压泄放至零伏时再发出开关开启的信号，进而可以降低开关损耗，提高电源效率。传统反激电源的ZVS是通过增加额外的开关及控制电路，以有源钳位的方式来实现的。ZVS对于高母线电压的应用至关重要，因在高电压应用当中器件本身的开关损耗也会急剧增加。而InnoMux-2 1700V IC是利用现有次级侧同步整流管的方式实现的ZVS，不但简化了电路、提升了效率，也使得新器件可以在高达1000VDC母线下实现高达70W的输出功率，且无需额外的金属散热片给器件散热。PowiGaN™技术的最大特点就是具有更高的效率、更简单易用、更完善的保护。在InnoMux-2 1700V IC中，PowiGaN™开关替代了价格昂贵的碳化硅晶体管，从而可以大幅减少开关损耗，并使材料成本和生产成本得到全面降低。与传统的多路输出电源相比，单级架构这种设计模式可以显著提升多路输出效率。正如前面所提到的，得益于InnoMux-2 1700V IC单极、独立调整多路输出离线式电源功能，这款器件在1000VDC母线电压下能够实现超过90%的转换效率。这样的设计无需后级稳压器即可精确调整输出电压，可使每路输出的调整精度都控制在1%以内，相较于旧有的初级功率开关级联的架构（Stack FET架构），可将系统效率进一步提高10%左右。另外值得一提的是，PI为了满足不同的应用需求和设计要求，对InnoMux-2系列IC使用了两种封装方式，即C封装和F封装。F封装具有更宽的高低压引脚间的爬电间距设计，用户可以根据具体的母线电压高低来选择，以此应对高电压环境下可能遇到的挑战。总之，InnoMux-2 1700V IC不仅刷新了氮化镓技术的耐压纪录，还在低成本、高集成、高效率、高可靠性等方面表现得十分出色，是应对高压电源应用挑战的理想解决方案。
可以预见，随着人工智能技术的迅猛发展，AI服务器和人形机器人将成为推动氮化镓功率半导体快速增长的新引擎，而PI推出的1700V氮化镓开关IC也势必将会给整个产业带来新的动能。
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