První komerčně rozšířené spínané napájecí zdroje se začaly vyvíjet v 70. letech, zdroje byly založené na křemíkových polovodičích, se spínacím prvkem v podobě BJT tranzistoru, V 90. letech byly bipolární tranzistory postupně nahrazeny výkonovými MOSFETy u nižších a středních výkonů a IGBT tranzistory u vyšších výkonových aplikací.
Zdroje využívající technologii GaN se začaly komerčně prosazovat přibližně kolem roku 2015, kde byly zpočátku především u nižších výkonů, kde se začaly používat díky jejich kompaktnosti v nabíjecích systémech do notebooků a telefonů. Technologie GaN spínaných zdrojů se rozšiřuje také v oblasti napájení serverových zdrojů, automotive a více.
Hlavní rozdíly SMPS technolgií Si x GaN
spočívají v jejich rozdílné velikosti, stejně výkonný zdroj v provedením GaN od Si zdrojemůže dosahovat výrazně menších rozměrů a nižší hmotnosti (typicky v řádu desítek procent). Zdroje využívající GaN tranzistory umožňují vyšší spínací frekvence díky nižším spínacím ztrátám a nižšímu GATE charge, což umožňuje využití rozměrově nižších součástek vstupních a výstupních filtračních kondenzátorů a nižší potřeba chlazení, což šetří místo na plošném spoji. Efektivitu spínání ovlivňuje také nízká hodnota Millerovy kapacity při spínání a využití synchronní usměrňovací topologie (nahrazení diody MOSFETem na sekundární straně transformátoru).
Vyšší hodnota zakázaného pásma materiálu GaN přispívá k nižším ztrátám zejména kvůli vyššímu kritickému elektrickému poli a nižším parazitním kapacitám tranzistoru, které pohybují mezi 92-97 %, kvůli ztrátám, které se ve velkém množství nepřeměňují na teplo, není nutnost většího chlazení jak je tomu u zdrojů křemíkových.
Proč se tedy využívají stále zdroje založené na křemíku?
I přes značné výhody zdrojů na bázi GaN se aktuálně pro průmyslové aplikace používají zdroje založené na bázi Si a zejména z důvodu dlouhodobě ověřené spolehlivosti, rozsáhlých provozních dat), jednodušší certifikace a značně nižší výrobní cena.
| x | GaN | Si |
| Kompaktibilita | menší rozměry, hmotnsoti | horší |
| Účinnost | lepší | dobrá |
| EMI | náíročnější | stabilnější |
| Cena | dražší vývoj, součástky | nízká |
| Využití | nabíječky, servery, | průmysl, automatizace, zdravotnictví |
| Dostupnost | horší, méně výrobců | mnoho výrobců |
Používáte zdroj v nepřetržitém provozu?
GaN zdroj: no-load ztráta ≈ 1 W Roční spotřeba = 1 W × 24 h × 365 dní = 8,76 kWh
Při ceně 2,5 Kč/kWh vychází roční náklad cca na 22 Kč.
Si zdroj: no-load ztráta ≈ 5 W Roční spotřeba = 5 W × 24 h × 365 dní = 43,8 kWh
Při ceně 2,5 Kč/kWh vychází roční náklad cca na 110 Kč.
