氮化镓（GaN）半导体的物理特性与硅器件相当。
传统的电源金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）仅以效率，尺寸和散热为代价才能提高功率密度。
使用GaN可以更快，更有效地处理电力电子设备，从而为越来越多的高压应用提供电源。
GaN更好的开关能力意味着它可以使用更少的设备来更高效地转换更高水平的功率，如图1所示。
GaN半导体可用于AC / DC电源应用中，以实现新的电源和转换系统。
（例如，5G通信功率整流器和服务器计算）GaN不断突破新应用的范围，并开始在汽车，工业和可再生能源市场中取代传统的基于硅的电源解决方案。
图1：硅设计和GaN设计之间磁性组件的功率密度比较。
GaNFET：新的集成系统，大型数据中心，企业服务器和通信交换中心将消耗大量功率。
在这些电源系统中，FET通常与栅极驱动器分开封装，因为它们使用不同的工艺技术，最终会产生额外的寄生电感。
除了导致较大的形状尺寸外，这还可能会限制高转换速率下GaN的开关性能。
另一方面，具有集成栅极驱动器的TIGaNFET（例如LMG3425R030）可以以150V / ns的压摆率更大程度地降低寄生电感，并且与分立GaN相比，其损耗减少了66％以上。
电磁干扰在很大程度上减少了。
图2显示了具有集成栅极驱动器的TIGaNFET。
图2：具有栅极驱动器和短路保护功能的600V GaNFET集成在数据中心和服务器场中。
TI的新型GaNFET使拓扑结构更简单（例如图腾柱功率因数校正），从而减少了转换损耗并简化了散热设计并减小了散热器的尺寸。
与相同尺寸的1U机架服务器中的硅MOSFET相比，这些设备可以实现两倍的功率密度和99％的效率。
考虑长期影响时，这种功率密度和效率节省变得尤为重要。
例如，假设一个服务器场通过安装GaN器件，每月可使AC / DC效率提高3％。
如果服务器场每天转换30kW的功率，则他们每月将节省超过27kW的功率，即每月约2,000美元和每年24,000美元。
当GaNFET与电流限制和过热检测功能集成在一起时，它可以防止击穿和热失控事件。
另外，系统接口信号可以实现自我监控功能。
可靠性是电力电子学中的关键因素。
因此，与传统的级联和独立的GaNFET相比，高度集成的GaN器件可通过集成功能和保护功能更有效地提高可靠性并优化高压电源的性能。
使用外部驱动器，寄生电感会在高GaN频率下引起开关损耗，振铃和可靠性问题。
共源电感极大地增加了传导损耗。
同样，在高压摆率下设计鲁棒的过流保护电路既困难又昂贵。
但是，由于GaN本身缺少体二极管，因此可以减少开关节点上的振铃并消除任何反向恢复损耗。
具有保护功能的GaN器件GaN器件的结构与硅器件完全不同。
尽管它们可以更快地切换，但是从性能和可靠性的角度来看，它们仍然面临着独特的挑战。
当使用分立式GaN器件时，还存在诸如设计简单性和材料清单成本之类的问题。
新的工业级600VGaN器件系列以30-50mΩ的功率水平集成了GaNFET，驱动器和保护功能，可为100-10kW的应用提供单芯片解决方案。
LMG3422R030，LMG3425R030，LMG3422R050和LMG3425R050GaN器件的目标是高功率密度和高效率应用。
与硅MOSFET不同，GaN可以在“象二极管”形的第三象限中导通。
这样，通过减小电压降可将死区时间最小化。
LMG3425R030和LMG3425R050中TI的理想二极管模式进一步降低了电源应用中的损耗。
这些GaN器件已经通过了4000万小时的器件可靠性测试，包括加速开关测试和应用内硬开关测试。
这些可靠性测试都是在最大功率，电压和温度环境下的高度加速开关条件下进行的。
结论开关电源的设计者已有