【技术】氮化镓器件：为音频放大器提供更快的开关速度、更高的带宽和改进的热性能

时间： 2023-06-08 来源：EPC官网

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传统上，音频发烧友对D类音频放大器嗤之以鼻，因为开关晶体管的性能有限，无法产生具有足够开环线性度的放大器来满足最挑剔的听众。随着氮化镓晶体管和集成电路的迅速采用，设计人员现在可以实现产品标题营销所需的THD+N性能目标并减少瞬态互调失真，以实现音乐的温暖微妙和色彩，以获得最佳的听力体验。

D类系统中硅MOSFET晶体管的局限性

硅MOSFET历来是D类系统的首选开关晶体管。尽管它们可用于设计更高效的放大器，但由于不完美的开关、高导通电阻和非常高的存储电荷，它们一直受到失真的困扰，从而产生耗散功率并引起振铃（图1），从而导致额外的声音失真。

硅MOSFET的局限性会影响其在音频应用中的性能。其中一些局限性包括：

高开关损耗：当MOSFET导通或关断时，它会经历一段短暂的时间，在此期间会消耗大量功率。这些开关损耗会导致效率降低和发热增加。在D类音频系统中，高开关损耗会导致输出功率降低和整体系统效率降低。
有限带宽：硅MOSFET的开关性能限制了输出级开关频率。这种限制会导致效率降低和输出功率降低。
热限制：硅MOSFET会在大功率D类音频系统中产生大量热量。为了应对这一限制，许多设计人员使用体积庞大的散热器，这会增加系统的尺寸、重量和成本。
栅极驱动限制：必须快速准确地提供栅极驱动电压，以确保高效开关。在D类音频系统中，缓慢的栅极开启导致的栅极驱动限制会降低效率并增加失真。

电力电子工程师正在使用氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等替代功率器件来克服这些限制。这些器件具有更快的开关速度、更高的带宽和改进的热性能等优势。

什么是氮化镓(GaN)技术？

氮化镓(GaN)是一种宽带隙半导体，已证明能够在传统电源转换应用中取代硅，包括DC-DC转换、AC/DC转换、电机驱动和音频放大器等。凭借更高的击穿强度、更快的开关速度、更高的热导率和更低的导通电阻，基于GaN的功率器件明显优于硅基器件。

了解氮化镓音频放大器的优势

与传统的硅MOSFET相比，GaN FET和IC具有多项优势，使其非常适合用于高质量、低成本的D类音频放大器。其中一些优势包括：

更快的开关速度：GaN的电子迁移率高于硅，因此开关速度比传统的硅MOSFET更快。此功能可降低开关损耗并提高整体效率。更高的开关频率可以更精确地控制输出波形，从而实现更低的失真、更高的保真度、更高的带宽和更好的瞬态响应。
导通电阻更低：GaN的带隙比硅宽；因此，与传统的硅MOSFET相比，GaNFET具有显着更低的导通电阻和更低的传导损耗，从而降低功率损耗并允许更高的输出功率。这导致放大器效率更高，需要更少的散热，并且可以用更小的外形尺寸设计。
减少元件数量：GaN的开关频率更高，因此设计需要的外部组件比传统硅设计更少、更便宜，从而简化了放大器设计并降低了总体成本。
更低的失真：GaN FET具有更低的寄生电容和电感，从而减少失真并提高整体保真度。
更小的外形尺寸：GaN器件可以做得比具有相同性能规格的硅器件更小。GaN的这一优势允许更小和更紧凑的放大器设计。

总体而言，对于音频放大器应用，尤其是那些需要高功率输出和高保真度的应用，GaN器件比硅器件具有更高的性能、更高的效率和更高的保真度。

GaN在音频功率放大中的应用

GaN FET和IC非常适合需要高性能、高效率和高功率输出的音频应用。GaN技术特别有益的一些音频应用包括：

独立音频放大器：GaN是D类音频放大器的理想选择，因为它具有高开关速度、低导通电阻和高击穿电压。这些特性使高功率、高保真放大器的设计具有出色的效率和更低的失真成为可能。
有源扬声器：GaN可用于有源扬声器的功率级，包括soundbar和无线扬声器，从而能够设计出更小、更轻、更高效的系统，同时提高音频质量。
高功率便携式音频系统：GaN可用于便携式音频设备的电源管理电路，从而延长电池寿命并提高音频质量。
专业音频系统：GaN非常适合需要大功率输出和高保真度的高性能专业音频系统，例如音乐会音响系统、专业调音台、录音室和广播设施。
汽车音响系统：GaN可用于汽车音响系统的功率级，以更小的外形尺寸实现更高的输出功率和更高的效率。

音频技术公司如何在其产品中使用GaN技术

一些音频公司目前正在他们的放大器中使用GaN技术。这里有一些例子：

Panasonic开发了一种基于GaN的音频放大器技术，并将其用于重新推出其高端音频发烧友Technics品牌。该技术可用于各种音频产品，包括汽车音响系统、家庭影院系统和便携式蓝牙音箱等。

Innosonix在其高端Maxx系列多通道功率放大器中用GAN FET取代了传统的硅FET，将闲置损耗降低了35%，并将总功率效率提高了5%。GaN干净的开关波形使得开关电压近乎完美，因此具有更好的线性度。这使得谐波失真减少了近6dB，并改善了音频质量。

Syng选择GaN FET作为其高保真无线扬声器的电源设计。电源设计使用GaN进行了优化，可在狭小空间内实现最佳性能，同时将散热降至最低。GaN设计消除了对散热器或风扇冷却的需求，从而实现了更小、更平滑的设计。

氮化镓音频放大器的未来

GaN在音频放大器行业的未来看起来非常有前途。随着GaN技术的不断发展，由于其优于传统硅MOSFET技术的众多优势，有望在音频放大器中得到更广泛的应用。

GaN有望在音频放大器行业取得重大进展的一些关键领域包括：

更高的功率密度：GaN技术允许以更小的外形尺寸输出更高的功率，使其成为专业音响系统和汽车音响等高功率音频应用的理想选择。
更高的效率：基于GaN的放大器提供比传统的基于硅MOSFET的放大器更高的效率。这意味着基于GaN的放大器能够以更少的热耗散提供相同的功率，这对于便携式和汽车音频系统尤为重要。
改进的音频质量：基于GaN的放大器提供比传统放大器更低的失真和噪声。这意味着可以以更高的保真度放大音频信号，从而提高音频质量。
更小的尺寸和重量：与传统放大器相比，基于GaN的放大器需要更少的元件，从而实现更小、更轻的放大器设计。
更低的成本：随着GaN技术的不断成熟和普及，基于GaN的放大器的成本有望降低，从而使其更容易用于更广泛的音频应用。

随着音频技术公司继续探索基于GaN的放大器的潜力，我们可以期待在未来几年看到更多采用该技术的创新音频产品。

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描述- 虹美功率半导体新一代IGBT系列产品，基于沟槽电场截止型IGBT技术理论，进一步优化了器件结构，采用了先进超薄片工艺制程，从而大幅提高了器件的功率密度，显著改善了动态、静态性能。相比上一代IGBT，新一代IGBT芯片面积更小，芯片厚度更薄；导通压降（VCEsat）降低约0.3V，开关损耗降低20%以上；器件可耐工作温度更高，使用寿命更长；且维持了较强的短路能力、较高的参数一致性；综合性能达到业内领先水平。

型号- HM2N60F,HMS320N04D,HM4822B,HM20P02D,HM8N02MR,HMS310N85,HM3N40R,HMS320N04G,HMS60N10DA,HM3205,HMS150N04D,HM3207,HM2N60K,HM9435B,HM15N50D,HM15N50F,HM80N06KA,HM90N04D,HM17N10K,HMG40N65FT,HM150N03D,HM3N40PR,HMS150N06D,HM75N07K,HM4606D,HM2N20MR,HM3710K,HM20P03Q,HM90N07K,HM05P35MR,HMC4N65,HM10N10,HM3401PR,HMS5N90R2,HMC6N65K,HM20P02Q,HMS40N65T,HMS35N06D,HMS20N70,HMS45P06D,HMS35N06Q,HMC6N65Q,HMC15N65,HM06N15MR,HM4826A,HM12P06K,HMS260N10D,HM50N10K,HMS20N80,HMS60N06D,HMS10N15D,HMS15N65F,HM2N65K,HMG40N65AT,HMS60N06Q,HM40N10A,HM20N03K,HM2N65R,HM9N50K,HMS15N65K,HMS10N50,HMS15N65Q,HM4490B,HM4030D,HM10N65D,HMS3N65R,HM18P10K,HM150N03K,HM10N65F,HMS3N65K,HM4828A,HM4354,HM4110,HM3800D,HMS60N08D,HMS120N10,HM7002KDM,HM7002KDW,HM4805A,HM25N50F,HM90N02D,HM25N50A,HMS3N65F,HMS150N03D,HMC2N120,HMS330N06D,HM4402A,HM2305PR,HM4402B,HM4620D,HM6N70,HM4886A,HM4402D,HM3N80I,HMS10N50K,HM3N80K,HMS10N50F,HM12N60,HMS5N70R2,HMC2N65,HM3N80F,HM12N65,HM80N04K,HM5N65K,HM10N06Q,HM5N65F,HM25SDN03Q,HM80N03A,HMS135N85,HM4887B,HM1404B,HM1404C,HM1404D,HMS3N70R2,HM40N15KA,HM3205D,HM3205B,HM20N120FT,HM4N60I,HMS4444A,HM4922,HM0565,HM4923,HM4920,HM80N03K,HM4926,HM2310DR,HMS4444B,HM4N60R,HMS310N85D,HM4622A,HMS20N80T,HM3N100F,HM3205K,BSS138SR,HM8N100A,HM3N100D,HM07DP10D,HM3400B,HM3400C,HM3400D,HM3400E,HM3DN10D,HMS20N80D,HM8N100F,HMS20N80F,HM18SDN04D,HM4953,HM20DN04Q,HMS3205,HM3P10MR,HM6N10PR,HM15P06Q,HM830,HM55N03D,HM3401C,HM3401D,HM25N120FT,HM3401E,HM3207D,HM30DN02D,HMS17N65,HM3207B,HM6803D,HM3207T,HM340B,HMS17N65F,HMS25N65F,HM4N65K,HMS17N65D,HM4N65F,HMS8N70,HMS8N65,HM4N65R,HMS80N10K,HM2310,HM840,HM3401,HMS80N10G,HM2301BJR,HM3400,HMS25N65T,HM2301DR,HMS15N80F,HMS15N80D,HM3407,HM2318,HM2319,HMS5N65K,HM5N20R,HM2309APR,HMS5N65F,HM2319D,HM16N50F,HMS5N65R,HMS80N10D,HM10N70,HMS5N65Q,HM20P04Q,HMS135N04D,HM4963,HM2301,HM2300,HM9N90F,HM2302,HM2305,HM9N90A,HM10N65,HM4953B,HM2318D,HM3N120F,HM10N60,HM3N120A,HM3422,HM6804D,HM8N60,HM4821A,HMS3205K,HM4409A,HM4402CE,HMC20N120,HM11P20K,HM8N65,HMS3205D,HM2301BKR,HMC20N65T2,HM100N06D,HM01N100PR,HMS11N70K,HM603K,HM30P10,HMS11N70Q,HMS135N10,HM85N02K,HM15N50,HM2818D,HM640,HMS11N70F,HM12N65F,HM12N65D,HM20N50F,HM30SDN02D,HM8205,HM2819D,HM40N20,HM06DP10Q,HM20N06KA,HM1607,HM250N03,HMC10N65,BSS138KR,BSS123DM,HM605K,HM4N70,HMS21N65D,HM6604DB,HMS21N65F,HMC2N120K,HMS21N65T,HM4421C,HM100N06,HM4421A,HM100N03,HM100N02,HM4N60,HM4N65,HMS85P06,HM15N25,HM607K,HM3808,HM30N10,HM18N50F,HMS4354,HM30P55,HM30N04Q,HM12N20D,HM2301BSR,HM2N15PR,HM18N50A,HMS120N10G,HMS320N04,HMS120N10D,HMS120N10K,HM20P02QD,HM45N02Q,HM4421D,HMC5N120K,HMC4N65K,HMS80N06D,HM2P15R,HM5N60I,HM5N60K,HM25P15K,HM30N04D,HMC20N65,HM4640D,HM4884A,HM609K,HM30N02Q,HMS85N10,HM85P02K,HMS5N90K,HMS5N90F,HM70P03K,HMS5N90I,HMS5N90R,HM13N50,HM20N50A,HM40DN04K,HM30N03K,HM100N03K,HM1404,HM3207BD,HM2301KR,HM100N03D,HM45N02D,HM4885A,HM100P03,HM4884Q,HM30N02D,HMS310N85LL,HMS330N06,HM100N02K,HM5N06APR,HM09P12D,HM70N75,HM4260,HM5P15D,HM45P02D,HMS320N04LL,HMS10N80,HM2810D,HMN9N65Q,HM4P10D,HM50N06KA,HM70N80,HM4485,HMN9N65D,HM4484,HM70N88,HM25N60A,HM4P10R,HM4487,HM30P02K,HMC15N65D,HM3205BK,HM7N80F,HM730F,HM2N10B,HM2N10C,HMS3N70,HM50N08,HM50N06,HM3N150,HM50N03,BSS84,HM10N60F,HMS50N06K,HMC8N65K,HMC8N65Q,HMC8N120K,BSS138DM,HM4485A,HM45N06D,HM40P04,HM4030,HM4264,HM6604BWKR,HMS4030D,HM15N25K,HM4486A,HM4110T,HM50N20,HM4P15Q,HM4P10PR,HM4485E,BSS138DW,HM100P03K,HM4485B,HMS100N85D,HMS100N85G,HMS100N85K,HM840F,HM4487B,HM4487A,HMS3N65,HM15N02Q,HM2N60,HM2310PR,HM7002KR,HM12N60F,HMS5N65R2,HM8820E,HM17N10,HMS85N10K,HMS85N10G,HM10N80F,HMS85N10D,HM35P03KA,HM45P02Q,HM30P03Q,HM10N80A,HM8N65K,HMS330N06LL,HM8N65F,HMS8N70F,HM3401DR,HM4440A,HM45P03K,HM9N20K,HM15N25F,HMS8N70K,HM3400KR,HM4616D,HM5P55R,HM16N65F,BSS84DM,HM4616A,HM10N10Q,HM4412,HMS40N10KA,BSS84DW,HM10N10K,HMC8N120,HM4615Q,HMS3N70K,HM75N06KA,HMS3N70F,HM4885,HM4884,HM60P06K,HM50N03K,HMS3N70R,HM4887,HM4409,HM15N120FT,HM4407,HM4616Q,HM2302F,HM2302G,HM2302D,HM60P06,HM2302E,HM2302B,HM80N15,HM4618A,HMC20N120D,HM3N30R,HMS190N04D,HM35P03D,HM35P03K,HM4435,HMS15N70Q,HM4438,HM50P35DE,HM10DP06D,HMS15N70F,HM4437,HM2N50R,HMS15N70K,HM2301E,HM4N10D,HM40N20D,HM2301D,HM2301B,HM7002K,HM40N10KA,HMS18N10Q,HMS200N03D,HM6602,HM4924/B,HM4421,HM4618Q,HMS18N10D,HM6604,HMS100N20D,HM120N04,HM70N75D,HM2300B,HMS80N25,HM120N03,HMS5N80,HM35N03D,HMS5N70,HM4453,HM4450,HM8205D,HM80N70,HM3N30PR,HM10SDN06D,HMC20N65D,HMS80N10,HM25N65A,HM3N100,HM4924B,HMS5N90,HM4443,HM4449,HM1P10MR,HM4447,HM20N15D,HM60N06,HM60N05,HMS40N10D,HM60N08,HM60N02,HMS15N50F,HM60N04,HMS15N50D,HM60N03,HMS65N65T,HMS80N85D,HMS125N10D,HM4240,HMS21N65,HM4480,HM50P06,HM50P03,HM50P02,HM3N10A,HM9926,HM2N65PR,HM6P15K,HM35N03Q,HM02P30R,HM8205A,HM6400,HM2318APR,HMS5N65,HM6401,HM3N120,HM6408,HMS40N10A,HM6409,HM75N80,HM13P10K,HMS10DN08Q,HM10DN06Q,HM25N06D,HM60N03D,HM6N10R,HM2302BKR,HM4812,HM4813,HM25N10,HM60N03K,HMS4438,HMS85N08K,HM2302KR,HM70P04K,HM2N50PR,HMS16N70,HM150N03,HM60N04K,HM3710,HM4805,HM4803,HMS260N10LL,HM7N60,HM18N40F,HMS5N70F,HMS135N10K,HM3N70I,HM18N40A,HM3N70K,HM18DP03Q,HMS5N70K,HMS80N25D,HM4830,HM18DP03D,HM60N05K,HM45P03,HMS5N70

选型指南 - 虹美功率半导体 - 2023/11/6 PDF 中文下载

【视频】EPC发挥其GaN技术优势，将帮助实现高效能电机驱动应用和DC/DC转换器

型号- EPC9173,EPC2302,EPC2304,EPC2306,EPC2305,EPC2308,EPC2307,EPC23102

商品及供应商介绍 - EPC PPTX 中文下载

Design Higher Power Density USB-C PD Applications with New 50V GaN FET in Tiny 1.8mm² Footprint from EPC

EPC, the world’s leader in enhancement-mode gallium nitride (GaN) power FETs and ICs, launches the 50 V, 8.5 mΩ EPC2057aN FET is specifically designed to meet the evolving needs of high-power USB-C devices including those used in consumer electronics, in-car charging, and eMobility.

产品发布时间 : 2024-06-13

【IC】EPC新推基于GaN FET的150A电机驱动器EPC9186，适用于电动出行、叉车和大功率无人机

EPC新推EPC9186，这是一款采用EPC2302 eGaN®FET的三相BLDC电机驱动逆变器。EPC9186支持14V~80V的宽输入直流电压。大功率EPC9186支持电动滑板车、小型电动汽车、农业机械、叉车和大功率无人机等应用。

新产品发布时间 : 2023-05-10

EPC GaN FET助力DC/DC转换器实现功率密度和效率基准

EPC GaN FET与Analog Devices驱动器和控制器相结合，为客户简化氮化镓基设计、提高其效率、降低散热成本、助力计算、工业和消费类应用的DC/DC转换器实现最高功率密度。

应用方案发布时间 : 2024-02-29

EPC Showcases Cutting-Edge Power Electronics Solutions for Automotive, Robotics, Power Tools, Solar, and More at PCIM Europe 2024

EPC, the world’s leader in enhancement-mode gallium nitride (GaN) FETs and ICs, is proud to announce its participation in PCIM Europe, the international leading exhibition and conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy, and Energy Management. The event, held from 11 June to 13 June in Nuremburg, Germany, brings together industry experts and thought leaders to explore the latest advancements in power electronics and motion control.

厂牌及品类发布时间 : 2024-05-30