德州儀器與群光電能聯手將 TI GaN 方案導入新一代 65W 電源供應器,提供極致電源供應器功率密度與效率
德州儀器與群光電能聯手將 TI GaN 方案導入新一代 65W 電源供應器,提供極致電源供應器功率密度與效率

世界各地的消費者正以空前的速率消耗能源。而更佳的功率密度能夠將更多的功率放入更小的空間,同時更有效地使用產品等特性,將是升級電子裝置、強化數位連結以及優化裝置可靠度的關鍵。這正是為何半導體技術創新可以藉由製造更輕巧、更高效、更可靠及更具成本效益的電子產品,幫助消費者與企業在減少碳足跡的行動中扮演至關重要的角色。半導體企業德州儀器以多種方式專注於環境、社會治理 (ESG) — 積極研發與推出有助於產業鏈夥伴落實節能減碳的綠色產品服務,落實對企業目標的實踐,並宣誓於2025年將範疇一跟範疇二的溫室氣體減少25%、將每一顆晶片生產能耗減少50%。

舉例來說,因應永續的能源消費趨勢, TI 遂以純熟的積體電路 (IC) 設計與製造能力以及對先進材料的長期研發,協助企業客戶以更具效益的方式優化消費用或工業用電源供應器的能源表現。TI 的整合式閘極驅動器 LMG2610 半橋 GaN FET 藉由垂直整合的製程策略以達到供應鏈獨立與高可靠度的組裝,即是最好的例子。

對此,電源供應器大廠–群光電能(群電)–欣然響應,理由有二:第一,群電聚焦三大節能技術 – 高效率、低溫升、回收再利用。過去 5 年,群電投入在節能相關的研發金額佔達整體研發費用的 30%,顯見群電積極透過綠色科技達到環境永續跟經濟發展的雙贏局面。其二,群電是德州儀器的長期合作夥伴,不僅能協助德州儀器掌握最新產業趨勢、開發最佳零組件產品,還可以進一步協助德州儀器驗證產品服務效能。也因如此,此兩家企業合力將德州儀器的高整合式氮化鎵(GaN、Gallium nitride)解決方案導入群電最新款 65W 筆電電源供應器「 Le Petit 」,成功將電源供應器的體積縮小 50% ,並且將電源轉換效率提升到 94%。

雙強合作,德州儀器與群光電能以氮化鎵技術打造跨世代筆電電源供應器

相較於傳統的矽金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT),氮化鎵(GaN)電晶體可支援更高功率跟功率密度。GaN FET不但能夠降低寄生特質,也能達成較使用於其他技術的同等電晶體更快速的切換,而此正是半導體業者助企業夥伴突破功率密度與效率的關鍵。

在眾家氮化鎵(GaN)方案中,又以德州儀器近日推出的產品 – LMG2610 – 近期受到市場矚目。此產品是一款半橋 GaN FET,適用於高達 120W 的主動鉗位反馳式(ACF)應用,可實現每立方英寸大於 100W 的高功率密度,同時保持大於94% 的效率,細究其因,與該方案具備三大特點有關:

第一,比分離式 GaN FET 更快的開關速度,能降低潛在的能源損耗。整合式閘極驅動器 LMG2610 可以達到150 V/ns 開關速度,並具備可調整式的驅動以優化表現,降低 EMI 影響。只要進一步應用低電感封裝技術,即可進一步降低寄生損耗和振鈴。

第二,透過高開關頻率,使開發商得以採用更小的磁性元件。LMG2610 能透過更快的開關速度,將裝置的開關頻率突破1 MHz,從而讓磁性元件縮小 60 %,降低系統成本。

第三,整合式柵極驅動器功能如電流感應和自舉式二極體。藉由整合二極體與電源管理,LMG2610 減少材料數量及簡化設計。LMG2610中的整合式電流感測模擬器能實現將GaN FET的電流輸出至控制器、且無須分流,再次降低材料數量以及150mW電力耗損。

德州儀器的氮化鎵(GaN)方案除帶來高轉換效率和極小尺寸的優勢,UCC28782 主動鉗位反馳式控制器支援相當多LMG2610可支援的關鍵優勢,例如高達1.5 MHz的轉換速度、高頻率零電壓切換控制(Zero-Voltage Design;ZVS),以及EMI頻率抖動。 換言之,結合UCC2878X系列跟LMG2610將讓電源供應商可以更好的優化產品設計能力。接下來的重點是,由擁有豐富設計經驗、高度技術整合經驗以及問題解決能力的電源供應商推出產品服務以帶動綠色電源趨勢,而這也是德州儀器跟群電展開密切合作的原因。在雙方研究團隊的努力下,短時間內建構新的產品設計架構,並且克服各種技術挑戰推出跨世代產品,例如在減小電源供應器尺寸的同時維持溫度與效能控制、克服輕量化電源供應器因切換頻率增加而產生的升溫與電磁干擾(EMI)等。

在德州儀器跟群電的共同努力下,不僅成功將 Le Petit 電源供應器的機構材料減少 40 % 、領先市場打造體積僅比一個冰塊大一點– 49 cm3 –的電源供應器,更創下電源轉換效率高達 94% 的成績,遠較矽材料電源供應器的效率(89%)高,因此,產品一推出便受到市場關注與討論。

「群電這次與德州儀器合作開發新世代電源供應器,不僅為消費者提供相較於市場中其他 65W 電源供應器更輕、更方便的產品,更善用雙方的優勢,共同打造更節能的產品。」群電採購長黃銘輝表示,群電一直致力於履行企業社會責任,支持並落實『責任商業聯盟(RBA)』行為準則,與德州儀器的合作也是響應RBA的措施之一:銷售綠色產品服務以實踐節能減碳永續行動,相信雙方合作將帶動新的火花。

不僅節能減碳,更以綠色產品服務實踐永續營運

德州儀器與群電的合作不僅回應了市場對科技消費品–更輕薄短小、高效、穩定與低耗–的需求,更彰顯了雙方在永續營運的決心。

除擁抱半導體技術創新以落實節能減碳,德州儀器更從永續環境、負責任的商業模式、多樣且包容的工作環境,以及公益與志願活動等四個面向提升永續營運能量;群電對於供應商則持續灌輸及要求其產品需具備環保概念,包括更環保的材料研發、改善製程中對環境易造成污染的部份、以及共同開發可提高轉換效率的元件。

展望未來,德州儀器與群光電能將秉持永續營運概念,持續深化在ESG等議題的投資,並且攜手一同建構與完善綠色永續世界。

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