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氮化镓正在取代硅，并越来越多地用于需要更大功率密度和更高能源效率的应用中。作为提供不间断连接的关键，许多数据核心依靠日益流行的半导体技术来提高能源效率和功率密度。 。
氮化镓技术通常称为 GaN，是一种宽带隙半导体材料，越来越多地用于高压应用。这些应用需要电源具有更高的功率密度、更高的能效、更高的开关频率、更好的热管理和更小的尺寸。除数据核心外，这些应用还包括 HVAC 系统、通信电源、光伏逆变器和笔记本电脑充电电源。
了解 GaN 如何突破功率密度和效率的界限。
德州仪器 (TI) GaN 产品线负责人 David Snook 表示：“氮化镓是在各种应用中提高功率密度、改善电源系统和电源效率的关键一步。在设计中使用 GaN 的公司数量正在快速增长。降低功耗和提高效率优关重要。”
60 多年来，硅一直是半导体电源管理组件的基础，这些组件可将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC)，然后根据从移动电话到工业机器人等各种应用的需求转换直流电压输入。一件事就足够了。随着组件的改进和优化，硅的物理特性得到了很好的利用。如今，如果不增加尺寸，硅就无法在所需频率下提供更多功率。
因此，在过去十年中，许多电路设计人员转向使用 GaN，以在更小的空间内实现更高的功率。许多设计师对该技术未来创新的潜力充满信心，主要是由于三个因素：
原因一：GaN已经发展。
作为半导体应用，氮化镓虽然相对硅来说比较新，但已经发展多年，具有一定的可靠性。德州仪器 (TI) GaN 芯片已通过超过 4000 万小时的可靠性测试。即使在数据核心等要求苛刻的应用中，其有效性也是显而易见的。
David表示：“随着消费者和企业对人工智能、云计算和工业自动化等应用的数据量需求不断增加，全球需要越来越多的数据核心。要力保数据核心能够在不增加过多能耗的情况下上线，需要实现更高效的服务器电源，而GaN是实现此类电源的关键技术。”
理由2：使用GaN的系统级设计节省成本。
尽管目前 GaN 在芯片级上比硅更昂贵，但 GaN 带来的整体系统成本优势、效率和功率密度改进远远超过了初始投资的价值。例如，在 100 兆瓦数据核心使用基于 GaN 的电源管理系统可以在 10 年内节省 700 万美元的能源成本，即使效率仅提高 0.8%。节省的能源足以为 80,000 个家庭（相当于一个小城市的大小）供电一年。
德州仪器 (TI) 电源设计服务部总经理罗伯特·泰勒 (Robert Taylor) 表示：“GaN 技术可以在更高的频率下运行，这使得某些拓扑和架构能够降低材料成本。” “得益于更高的工作频率，工程师还可以在设计中选择更小的附加元件，提供硅不支持的拓扑，从而使工程师能够灵活地优化其电源设计。”
原因 3：通过集成提高性能和易用性。
GaN FET 需要专用栅极驱动器，这意味着需要额外的设计时间和精力。然而，德州仪器 (TI) 通过将栅极驱动器和一些保护功能集成到芯片中，简化了 GaN 设计。
David 表示：“集成驱动器有助于提高性能并提供更高的功率密度和更高的开关频率，从而提高效率并减小整体系统尺寸。集成提供了巨大的性能优势，并简化了使用 GaN 的设计，使设计人员能够更大程度地利用这项技术。”
