本文简要讨论了氮化镓的优势及其设计挑战。然后，介绍了 Power Integrations 的三个带有内部氮化镓功率开关的集成离线反激式转换开关 IC 平台，并说明如何使用它们来制作高效率的电源转换器设计。最后讨论了互补的 MinE-CAP 大容量电容器小型化和浪涌管理 IC，以及一个有用的在线设计环境。
虽然氮化镓具有明显的优势，但它在设计上可能具有挑战性。例如，由于 GaN 器件的开关速度极快，驱动电路布局对来自印刷电路板和分立 GaN 封装的杂散电感和电容可能非常敏感。驱动 GaN 器件时可能出现的快速电压波动 (dv/dt) 和高频振荡会产生更多的电磁干扰 (EMI)，需要将其过滤掉以防止转换器效率降低。另外，氮化镓器件的快速开关特性使得保护它们不受故障条件的影响变得很困难，因为它们损坏器件的速度比保护电路的反应还要快。
简洁而不牺牲性能
Power Integrations 通过其准谐振 InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP 和 InnoSwitch3-Pro PowiGaN 转换开关 IC（图 2）解决了这些复杂问题。PowiGaN 是 Power Integrations 内部开发的 GaN 电源开关技术，它取代了 InnoSwitch3 离线反激式转换开关 IC 初级侧的传统硅晶体管。相反，它将初级、次级和反馈电路集成在一个单一表面贴装器件 (SMD) InSOP-24D 封装中。这样一来，这些器件减少了驱动器布局的复杂性和 EMI 的产生，同时也减少了传导和开关损耗，使得适配器和充电器以及开放式框架电源更有效、更轻、更小。
使用这种方法可以使电源设计者专注于电源传输、热性能、外形尺寸和其他应用考虑，而不会被具有挑战性的 GaN 技术所干扰。
图 2：InnoSwitch3 离线反激式转换开关 IC 带有 GaN 开关，采用节省空间的 InSOP-24D 封装。（图片来源：Power Integrations）
对于最高 100 瓦的高效反激式转换器的设计者来说，如要让设计用于诸如 USB PD、QC 适配器之类应用，就可以使用 InnoSwitch3-CP 器件，如 INN3278C、INN3279C 和 INN3270C（表 2）。这些 QR 转换开关 IC 具有 CV 和 CC 模式，带有恒定的电源配置文件，支持锁存和自动重启标准组合。电缆掉线补偿是一个可选功能。
Power Integrations 还提供一个叫 PI Expert 的工具，以加快使用 InnoSwitch3 系列 PowiGaN 集成离线反激式转换开关 IC 的离线反激式电源的设计。围绕着一个自动化的图形用户界面 (GUI)，PI Expert 使用电源规格来自动生成一个电源转换解决方案。它为设计者提供了构建和测试一个原型电源转换器所需的所有细节。使用 PI Expert，设计师可以在几分钟内完成一个完整的设计。
肖特基二极管的结构与硅P-N结二极管有所不同。肖特基二极管使用的是键合到N型掺杂材料中的单层薄金属，而不是双层掺杂半导体材料。这种金属与N型半导体层叠的组合也称为M-S结（金属-半导体结），而这两种材料的会聚则称为肖特基势垒，二者皆以华特‧H‧肖特基（Walter H. Schottky）的名字来命名。
当这些技术结合在一起时，视频比赛官和视频辅助裁判 (VAR) 就能获得需要的数据，从而做出快速、准确、一致的越位判决。该软件还能生成球员的 3D 图像，并在体育场内的大屏幕上显示。其他应用将比赛直播与个别球员和球队的当前和历史表现数据相比较。这也是第一年在体育场用手机拍摄垂直格式的社交媒体内容，使内容创作者能够以近乎直播的效果分享比赛的关键时刻。在家观看比赛的球迷可以利用国际足联的增强现实 (AR) 应用——将自己的客厅变成 3D 数据中心。
应用聚焦：用 NHL Edge 追踪冰球和球员
NHL 在 2022 年麻省理工学院斯隆体育分析大会上获得了著名的阿尔法最佳体育创新奖。该联盟因其冰球和球员追踪技术，即 NHL Edge 品牌而获得认可。该应用（由 SportsMEDIA Technology 或 SMT 创建）具有获得专利的 Bright Star 传感器嵌入式冰球。当冰球受到冲击时，比如掉到冰面上或被球员击中，传感器就会被唤醒并发出红外光，并传送到场馆内的多台光学追踪摄像机。SMT 的 OASIS 平台处理数据并分发给官员、教练、广播员和球迷。
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