當(dāng)下，低碳化和數(shù)字化齊頭并進的發(fā)展，帶來了萬物互聯(lián)、能源效率、未來出行等多重變革。而在這個突飛猛進的過程中，以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體發(fā)揮著重要作用。其中，氮化鎵作為一種寬帶隙復(fù)合半導(dǎo)體材料，具備禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率大、開關(guān)頻率高，以及抗輻射能力強等優(yōu)勢。

近兩年，氮化鎵憑借著在消費類快充電源領(lǐng)域的如魚得水，發(fā)展也逐漸駛?cè)肓丝燔嚨馈?/span>特別是在相關(guān)技術(shù)演進和終端廠商的聯(lián)合推動下，氮化鎵的應(yīng)用場景也在不斷擴展。除了消費快充，數(shù)據(jù)中心、通訊基站、可再生能源等工業(yè)，甚至汽車市場等都將成為推動下一個功率 GaN 浪潮的驅(qū)動力。

7月19日，全球知名半導(dǎo)體制造商羅姆半導(dǎo)體召開“2023年媒體交流會暨產(chǎn)品發(fā)布會”，宣布面向數(shù)據(jù)服務(wù)器等工業(yè)設(shè)備和AC適配器等消費電子設(shè)備的一次側(cè)電源，開發(fā)出集650V GaN HEMT和柵極驅(qū)動用驅(qū)動器等于一體的EcoGaN™ Power Stage IC “BM3G0xxMUV-LB”。羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司技術(shù)中心副總經(jīng)理周勁發(fā)布了新品，同時就相關(guān)問題接受了《變頻器世界》的采訪。

近年來，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的社會，對消費電子和工業(yè)設(shè)備的電源提出了更高的節(jié)能要求。針對這種需求，GaN HEMT作為一種非常有助于提高功率轉(zhuǎn)換效率和實現(xiàn)器件小型化的器件被寄予厚望。然而，與Si MOSFET相比，GaN HEMT的柵極處理很難，必須與驅(qū)動?xùn)艠O用的驅(qū)動器結(jié)合使用。在這種市場背景下，ROHM結(jié)合所擅長的功率和模擬兩種核心技術(shù)優(yōu)勢，開發(fā)出集功率半導(dǎo)體——GaN HEMT和模擬半導(dǎo)體——柵極驅(qū)動器于一體的Power Stage IC。該產(chǎn)品的問世使得被稱為“下一代功率半導(dǎo)體”的GaN器件輕輕松松即可實現(xiàn)安裝。

羅姆還專門為氮化鎵器件申請了商標EcoGaN™，羅姆將有助于應(yīng)用產(chǎn)品的節(jié)能和小型化的氮化鎵器件命名為“EcoGaN™系列”，并不斷致力于進一步提高器件的性能。

據(jù)了解，羅姆的新產(chǎn)品可以替代現(xiàn)有的Si MOSFET，從而使器件體積減少99%，功率損耗降低55%，非常有助于減少服務(wù)器和AC適配器的體積或者損耗。

在周勁看來，氮化鎵的使用通常會面臨兩個問題，一個是驅(qū)動電壓（Vth）比較低，通常是1.5到1.8V左右，有噪音的時候會誤開啟，不一定壞，但是會導(dǎo)致?lián)p耗比較高。另一個就是柵極耐壓比較低，通常氮化鎵器件的標定是5V驅(qū)動電壓，4.5V以下可以導(dǎo)通但不徹底，到了6V以上則面臨柵極損壞的風(fēng)險。最佳驅(qū)動電壓范圍窄，柵極處理起來很難。

“氮化鎵器件通常工作在很高的頻率，噪音和脈沖情況都比較復(fù)雜，很容易壞掉，一般必須與專門的驅(qū)動電路或者驅(qū)動器配合使用，但外置元器件的數(shù)量也會增多，通路的寄生參數(shù)的影響在工作的200K以上或者是1兆更高，這種寄生參數(shù)影響就越來越明顯。”周勁表示，新產(chǎn)品的Power Stage IC將柵極驅(qū)動器和GaN HEMT一體化封裝，可輕松替代Si MOSFET。這兩者將FET性能最大化，GaN決定效率值，組合在一起實現(xiàn)高速開關(guān)，更加充分地發(fā)揮氮化鎵器件的性能。

據(jù)介紹，新產(chǎn)品中集成了新一代功率器件650V GaN HEMT、能夠更大程度地激發(fā)出GaN HEMT性能的專用柵極驅(qū)動器、新增功能以及外圍元器件。另外，新產(chǎn)品支持更寬的驅(qū)動電壓范圍（2.5V～30V），擁有支持一次側(cè)電源各種控制器IC的性能，因此可以替換現(xiàn)有的Si MOSFET。

具體而言，EcoGaN™ Power Stage IC具有三個特點：

特點一：支持各種一次側(cè)電源電路。驅(qū)動的范圍寬、啟動時間短，可以應(yīng)用在各種各樣的AC-DC電路中，并且傳輸延遲時間短，整個環(huán)路的設(shè)計會比較容易。

特點二：進一步降低功耗。在導(dǎo)通損耗影響不大的情況下，相比Si MOSFET單體減少55%，相比普通產(chǎn)品，仍然可以做到減少約20%。

特點三：應(yīng)用產(chǎn)品可進一步小型化。元器件數(shù)量上，普通產(chǎn)品是9個相關(guān)元器件，而羅姆的新產(chǎn)品使得驅(qū)動方式進一步簡化，外置Power Stage相關(guān)元器件只需1個。

目前，羅姆推出的新產(chǎn)品有兩款：BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，導(dǎo)通電阻分別是70毫歐和150毫歐。此外，還備了三款評估板，一款是BM3G007MUV-EVK-002，用來評估芯片的整體方案性能；另外兩款BM3G007MUV-EVK-003和BM3G015MUV-EVK-003，可移植到客戶現(xiàn)有方案進行測試。

“自2006年起，羅姆開始研發(fā)氮化鎵產(chǎn)品，經(jīng)過不斷努力，在2021年確立了150V GaN器件技術(shù)，普通氮化鎵產(chǎn)品是6V耐壓，而羅姆產(chǎn)品可以做到8V。2023年4月，羅姆開始量產(chǎn)650V耐壓產(chǎn)品。”在談及EcoGaN^TM未來的產(chǎn)品線路時，周勁表示，羅姆將不斷改進驅(qū)動技術(shù)和控制技術(shù)，與“EcoGaN™系列”GaN器件相結(jié)合，便于客戶選擇。關(guān)于Power Stage IC下一代機型，準偕振AC-DC+GaN的器件預(yù)計在2024年一季度量產(chǎn)，功率因數(shù)改善+GaN的器件也是2024年第一季度量產(chǎn)，半橋+GaN的器件預(yù)計在2024年第二季度量產(chǎn)。