GaN如何改變機器人、再生能源、電信等產(chǎn)業(yè)？

從如同磚塊般的手機到笨重的電視機，電源供應器曾在電子產(chǎn)品中占據(jù)相當大的空間，而市場對于高功率密度的需求也正日益增高。

過去硅(silicon)電源技術的發(fā)展與創(chuàng)新曾大幅縮減產(chǎn)品尺寸，但卻難有更進一步的突破。在現(xiàn)今的尺寸規(guī)格下，硅材料已無法在所需的頻率下輸出更高的功率。對于未來的5G無線網(wǎng)絡、機器人，以及再生能源至數(shù)據(jù)中心技術，功率將是關鍵的影響因素。

60多年以來，硅一直都是電子零組件中的基礎材料，廣泛應用于交流電與直流電轉換，并調整直流電壓以滿足從手機到工業(yè)機器人等眾多應用的需求。盡管必要的零組件一直不斷地改良與優(yōu)化，但物理學意義上的極限卻是硅材料的最大挑戰(zhàn)。

為解決上述問題，以GaN為基礎的新型電源和轉換系統(tǒng)便應運而生—產(chǎn)生更少的功耗與散熱問題。由于高溫可能會增加運作成本、干擾網(wǎng)絡訊號并導致設備提早故障，使得這些特性顯得更至關重要。

GaN可以在電源應用中提供更高的頻率與效率，并可在僅有硅材料一半空間與功耗的條件下輸出同等的功率。如此一來，不僅可以提高功率密度，更可以協(xié)助客戶在不增加設計空間的同時滿足更高的功率需求。

更高的開關頻率代表GaN可以一次轉換更大范圍的功率，進而減少復雜裝置中的電源轉換。由于每次電源轉換都會產(chǎn)生新的功耗，這對于很逐漸成長的高壓應用而言是一項關鍵的優(yōu)勢。

具備60年發(fā)展歷史的硅材料雖然并不會在一夕之間被取代，但經(jīng)過多年的研究、實際驗證和可靠度測試，GaN被視為是解決功率密度問題的最佳技術。德州儀器(TI)已在高于硅材料的工作溫度與電壓下，對GaN裝置進行了2,000萬小時的加速可靠度測試。在此測試時間內，遠程飛行世界紀錄保持者GlobalFlyer可繞地球飛行25萬9,740次。

德州儀器正與聯(lián)合電子裝置工程委員會(Joint Electron Device Engineering Council，JEDEC)分享了GaN資格協(xié)定，并將負責其GaN資格認證委員會。

GaN的未來發(fā)展

在一些功率密度為優(yōu)先考慮特性的關鍵產(chǎn)業(yè)，GaN已經(jīng)開始代替硅材料。適合大量生產(chǎn)GaN電源供應器的主流產(chǎn)業(yè)包括：

制造業(yè)：實際上，現(xiàn)今典型的機械手臂并未整合其工作所需的所有電子零組件。由于電源轉換和馬達驅動等零組件的尺寸過大且效率較低，導致它們通常安裝于分開獨立的機柜中，再利用長距離的纜線連接至機械手臂，這便使得工業(yè)機器人單位立方公尺的生產(chǎn)效率降低。藉由GaN技術，即可更簡易地將馬達和電源轉換器等整合到機器人中。如此便可以簡化設計、減少復雜的纜線并降低營運成本。

數(shù)據(jù)中心：隨著市場對數(shù)字化服務需求的提升，數(shù)據(jù)中心正在經(jīng)歷一場變革，轉而采用48V直流電源直接供電。傳統(tǒng)的硅電源轉換模塊無法有效地將48V電壓一次轉換為大多數(shù)運算硬設備所要求的低電壓，而中間轉換過程則會降低數(shù)據(jù)中心的電源效率。GaN可以在電源輸送至服務器與芯片之前，將電壓從48V降低至負載點(point-of-load)電壓，進而大幅降低配電損耗并減少轉換損耗達30%。

無線服務：有鑒于大范圍的5G行動網(wǎng)絡覆蓋要求網(wǎng)絡營運商建置更高功率與工作頻率的設備，但因營運商不希望提高基地臺設備的尺寸，GaN的高功率密度優(yōu)勢將可以滿足他們的需求。

再生能源：再生能源的產(chǎn)生和儲存也必須進行轉換，因此GaN的效率優(yōu)勢成為關鍵。在再生能源計劃中，通常以智能電網(wǎng)的方式儲存能源以提供未來使用。如果可以在風力發(fā)電機靜止時或太陽能板不再吸收陽光時，能更有效地轉換大功率電池的電力輸入和輸出，這將成為一項非常顯著的優(yōu)勢。德州儀器與其合作伙伴已證實GaN能夠以99%的高效率轉換10kW的再生能源，這對于電力公用事業(yè)市場來說是一個極為出色的效率基準。

未來，GaN將繼續(xù)擴展至消費性電子產(chǎn)品等應用，打造更輕薄的平板顯示，并減少可充電裝置的能源浪費。