隨著社會對環(huán)保和能源效率的關注加劇，氮化鎵（GaN）半導體技術正在成為領先科技的焦點。盡管它仍處于早期階段，但其革命性的潛力預示著電源系統領域的未來。

2023年7月19日，在深圳舉行的媒體交流會上，羅姆半導體（上海）有限公司技術中心副總經理周勁向與非網記者分享了最新產品：EcoGaN Power Stage IC “BM3G0xxMUV-LB”。同時他也深入剖析了GaN技術的優(yōu)勢，以及羅姆如何利用這些優(yōu)勢打造更高效、更小型的電源解決方案，并展望GaN未來的發(fā)展前景。作為全球頂尖的半導體解決方案供應商，羅姆公司致力于不斷提升其產品性能和可靠性。不僅在元器件的研發(fā)上投入力量，羅姆還積極與行業(yè)伙伴建立戰(zhàn)略關系，聯合推動技術創(chuàng)新，旨在解決社會面臨的問題。

氮化鎵：下一代功率半導體的潛力巨大

氮化鎵（GaN）是一種第三代半導體材料，與硅相比，它的禁帶寬度、擊穿場強、電子飽和速度都大大優(yōu)于硅，尤其在高頻和高速開關狀態(tài)下。由于其出色的電子移動性、高電場強度和優(yōu)秀的熱導率在LED和電力電子設備中得以應用。 更值得一提的是，GaN在電源轉換中的潛力巨大，它能在更高的頻率和電壓下運行，相較于傳統的硅基半導體產生更少的熱量。由于其更高的效率，GaN技術可以降低電源系統的功耗，從而減少對電力網的負載。這對于減少碳排放和應對氣候變化都至關重要。

相較于碳化硅，氮化鎵在中等功率和電壓水平的應用上更為突出，且頻率較高，應用領域主要為快速充電和小型筆記本電腦，未來可能擴展到車載OBC、數據中心的電源和分布式電源等應用。

氮化鎵器件市場的發(fā)展，以2020年作為起始節(jié)點，從PC和手機的快充領域開始擴展。隨著5G和PD適配器的普及，市場需求增加，以硅為基礎的器件已不能滿足需求，因此大型半導體公司開始研發(fā)氮化鎵產品。隨著電動汽車和工業(yè)系統應用的增加，預計2025年之后，氮化鎵市場將有較大增長。

目前，快充領域廣泛使用氮化鎵器件。相比硅器件，氮化鎵器件產品體積小、單位功率價格低，集中在小體積、高性價比的產品應用上。隨著氮化鎵器件的價格下降和技術成熟，其市場份額預計將進一步擴大。

盡管GaN半導體技術仍在早期階段，但已經吸引了大量公司的目光。EcoGaN是通過更大程度地發(fā)揮GaN的性能，助力應用產品進一步節(jié)能和小型化的羅姆氮化鎵器件，該系列產品有助于應用產品進一步降低功耗、實現外圍元器件的小型化、減少設計工時和元器件數量等。

羅姆的氮化鎵解決方案：改變電源管理的游戲規(guī)則

羅姆公司從2006年開始研發(fā)GaN相關產品，并在2021年推出了能夠承受150V的GaN器件技術。這是一個重要的里程碑，因為這意味著羅姆的GaN技術已經達到了一個新的高度。在2023年4月，羅姆公司開始量產650V耐壓產品。在今后的發(fā)展中，羅姆公司將繼續(xù)改進驅動技術和控制技術，并計劃在2024年推出一系列新的產品。

羅姆最近推出的兩款650V EcoGaN產品——BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，都是深受業(yè)界關注的新產品。這兩款產品的尺寸均為8×8mm，厚度僅為1mm，使用了VQFN封裝。它們不僅能實現類似于DC-DC控制器的驅動電壓，而且啟動時間大大縮短，傳輸延遲僅為11納秒到15納秒。這得益于GaN本身的高速特性。這兩款產品的導通電阻分別為70毫歐和150毫歐，使得它們在開關損耗和器件體積上都有明顯的優(yōu)勢。

使用EcoGaN Power Stage IC的優(yōu)勢

此外，羅姆公司的GaN技術能夠大幅降低功耗。在一些導通損耗對性能影響較小的應用中，羅姆的GaN設備的功耗甚至可以比Si MOSFET單體減少55%。這對于需要大功率和長時間運行的設備來說，是一個巨大的優(yōu)勢。另外，羅姆的GaN技術還可以支持各種一次側電源電路，其驅動的范圍寬、啟動時間短，可以應用在各種AC-DC電路中。這使得羅姆的GaN設備在功率轉換和管理領域有更廣泛的應用可能。

在開發(fā)這些高性能設備的同時，羅姆還致力于簡化設計和制造過程。其GaN產品只需要一個外置器件，大大簡化了外圍電路的設計。這不僅降低了設計難度，也使得羅姆的GaN設備更適合于小型化的應用。同時，羅姆公司還在芯片內部添加了EMI控制，以優(yōu)化驅動波形，提高設備的穩(wěn)定性和可靠性。

氮化鎵Power Stage IC：顛覆傳統電源系統的新貴

羅姆的新一代GaN產品的優(yōu)勢和特點是顯而易見的，這些新產品不僅具有優(yōu)越的性能，而且在設計和制造方面也展示了顯著的改進。下面將詳細介紹這些產品的主要特點和優(yōu)勢。

支持各種一次側電源電路

首先，羅姆的新產品支持各種一次側電源電路，這使得它們能夠廣泛應用于各種AC-DC電路中。這是由于它們具有寬泛的驅動范圍和短啟動時間。對于AC-DC電路而言，羅姆的新產品能夠大大簡化設計過程，同時減少了傳輸延遲時間。不論是反激式、半橋、交錯式還是圖騰電路，都能夠使用羅姆的新型Power Stage IC。這使得羅姆的新產品在電源管理和轉換方面有更廣泛的應用可能。

功耗優(yōu)勢

其次，羅姆的新產品在功耗方面也有顯著的改進。在許多情況下，功耗甚至可以比Si MOSFET單體減少55%。這一改進不僅減輕了設備的熱負荷，同時也延長了設備的使用壽命。與此同時，即使在導通損耗對性能影響較小的應用中，羅姆的新產品也能夠做到比普通產品減少約20%的功耗。這一點對于那些需要長時間運行或者電能有限的應用來說，是一個很大的優(yōu)勢。

小型化特點

羅姆的新產品還具有顯著的小型化優(yōu)勢。在同等性能的設備中，羅姆的新產品可以顯著減少元器件的數量。例如，普通產品需要9個相關元器件，而羅姆的新產品則只需要1個外置器件。這一點不僅簡化了設計過程，而且也大大減少了設備的體積和重量，使得羅姆的新產品更適合于小型化的應用。

此外，羅姆的新產品在內部設計上也有很多優(yōu)點。例如，內置的柵極驅動器，具有電壓范圍接口，可以使驅動電壓要求達到5V到30V。這使得羅姆的新產品能夠在更寬的工作電壓范圍內運行，同時也簡化了設備的驅動電路設計。另外，羅姆的新產品還采用了EMI控制技術，優(yōu)化了驅動的波形，不影響速度的情況下，能夠控制EMI，提高設備的穩(wěn)定性和可靠性。

總的來說，羅姆的新產品集多種優(yōu)點于一身，提供了一種高效、緊湊、可靠的電源解決方案。無論是在性能、設計還是制造方面，羅姆的新產品都展示了GaN技術的巨大潛力。我們有理由期待羅姆公司會繼續(xù)推出更多的創(chuàng)新產品，為電子設備提供更高效、更環(huán)保的電源解決方案。

氮化鎵的未來：更加高效、小型化的電力系統

在過去的十多年里，氮化鎵(GaN)半導體技術在電力電子行業(yè)中的應用已經取得了顯著的突破。然而，盡管已經取得了如此顯著的成果，但GaN技術的潛力遠未被完全發(fā)掘。這主要是因為它的制造工藝仍在不斷完善，新的應用領域也在不斷發(fā)現。下面我們將對氮化鎵的未來進行一番展望。

首先，隨著GaN器件的發(fā)展，我們可以預見到在未來幾年中將有更多的產品采用這項技術。目前，羅姆已經成功推出了兩款新產品，分別是BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，導通電阻分別是70毫歐和150毫歐。與此同時，羅姆還備有三款評估板，可以方便地移植到客戶現有的方案進行測試。這些新產品和評估板無疑將大大加速GaN技術在電源管理和轉換應用中的普及。

其次，GaN器件的技術進步也將推動其在新的應用領域的發(fā)展。例如，目前羅姆已經在2023年4月開始量產650V耐壓產品，并在今后計劃進一步改進驅動技術和控制技術。羅姆公司計劃在2024年第一季度量產準偕振AC-DC+GaN的器件和功率因數改善+GaN的器件，而半橋+GaN的器件則預計在2024年第二季度量產。這些新的技術和產品將進一步擴大GaN器件在電源管理和轉換領域的應用范圍。

羅姆氮化鎵產品路線圖

然而，盡管GaN技術的前景光明，但其發(fā)展過程中也可能會遇到一些挑戰(zhàn)。例如，高速電路的電磁干擾（EMI）控制是一個較大的挑戰(zhàn)，這需要開發(fā)新的技術來優(yōu)化驅動波形，以控制EMI，同時不影響速度。此外，制造工藝的改進也是一個重要的任務，需要不斷優(yōu)化以減少成本，提高產量。

總的來說，羅姆的GaN解決方案是電力系統領域的一次重大突破。它們不僅能提高設備的效率和可靠性，還能幫助簡化系統的設計和制造。我們有理由相信，隨著技術的不斷進步和市場需求的不斷增長，氮化鎵的未來將是光明的。從長期來看，我們可以期待GaN技術在更廣泛的應用領域發(fā)揮重要作用，如更高效的電源管理、更環(huán)保的能源利用、更小型化的電子設備等等。我們期待羅姆作為氮化鎵技術的領軍者，將繼續(xù)引領這個領域的發(fā)展，推出更多創(chuàng)新的產品，滿足市場的需求。

編輯：黃飛

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