當(dāng)下，低碳化和數(shù)字化齊頭并進(jìn)的發(fā)展，帶來(lái)了萬(wàn)物互聯(lián)、能源效率、未來(lái)出行等多重變革。而在這個(gè)突飛猛進(jìn)的過(guò)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(kāi)關(guān)頻率高，以及抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

近兩年，氮化鎵憑借著在消費(fèi)類(lèi)快充電源領(lǐng)域的如魚(yú)得水，發(fā)展也逐漸駛?cè)肓丝燔?chē)道。特別是在相關(guān)技術(shù)演進(jìn)和終端廠商的聯(lián)合推動(dòng)下，氮化鎵的應(yīng)用場(chǎng)景也在不斷擴(kuò)展。除了消費(fèi)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(chē)市場(chǎng)等都將成為推動(dòng)下一個(gè)功率 GaN 浪潮的驅(qū)動(dòng)力。

7月19日，全球知名半導(dǎo)體制造商羅姆半導(dǎo)體召開(kāi)“2023年媒體交流會(huì)暨產(chǎn)品發(fā)布會(huì)”，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(fèi)電子設(shè)備的一次側(cè)電源，開(kāi)發(fā)出集650V GaN HEMT和柵極驅(qū)動(dòng)用驅(qū)動(dòng)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(shí)就相關(guān)問(wèn)題接受了《變頻器世界》的采訪。

近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)，對(duì)消費(fèi)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(duì)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(shí)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(dòng)?xùn)艠O用的驅(qū)動(dòng)器結(jié)合使用。在這種市場(chǎng)背景下，ROHM結(jié)合所擅長(zhǎng)的功率和模擬兩種核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出集功率半導(dǎo)體——GaN HEMT和模擬半導(dǎo)體——柵極驅(qū)動(dòng)器于一體的Power Stage IC。該產(chǎn)品的問(wèn)世使得被稱(chēng)為“下一代功率半導(dǎo)體”的GaN器件輕輕松松即可實(shí)現(xiàn)安裝。

羅姆還專(zhuān)門(mén)為氮化鎵器件申請(qǐng)了商標(biāo)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(jìn)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(lái)，氮化鎵的使用通常會(huì)面臨兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)電壓（Vth）比較低，通常是1.5到1.8V左右，有噪音的時(shí)候會(huì)誤開(kāi)啟，不一定壞，但是會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗比較高。另一個(gè)就是柵極耐壓比較低，通常氮化鎵器件的標(biāo)定是5V驅(qū)動(dòng)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(xiǎn)。最佳驅(qū)動(dòng)電壓范圍窄，柵極處理起來(lái)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(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路或者驅(qū)動(dòng)器配合使用，但外置元器件的數(shù)量也會(huì)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(lái)越明顯。”周勁表示，新產(chǎn)品的Power Stage IC將柵極驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)高速開(kāi)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(zhuān)用柵極驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)特點(diǎn)：

特點(diǎn)一：支持各種一次側(cè)電源電路。驅(qū)動(dòng)的范圍寬、啟動(dòng)時(shí)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(shí)間短，整個(gè)環(huán)路的設(shè)計(jì)會(huì)比較容易。

特點(diǎn)二：進(jìn)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(diǎn)三：應(yīng)用產(chǎn)品可進(jìn)一步小型化。元器件數(shù)量上，普通產(chǎn)品是9個(gè)相關(guān)元器件，而羅姆的新產(chǎn)品使得驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)一步簡(jiǎn)化，外置Power Stage相關(guān)元器件只需1個(gè)。

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(píng)估板，一款是BM3G007MUV-EVK-002，用來(lái)評(píng)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(hù)現(xiàn)有方案進(jìn)行測(cè)試。

“自2006年起，羅姆開(kāi)始研發(fā)氮化鎵產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)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(kāi)始量產(chǎn)650V耐壓產(chǎn)品。”在談及EcoGaN^TM未來(lái)的產(chǎn)品線(xiàn)路時(shí)，周勁表示，羅姆將不斷改進(jìn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和控制技術(shù)，與“EcoGaN™系列”GaN器件相結(jié)合，便于客戶(hù)選擇。關(guān)于Power Stage IC下一代機(jī)型，準(zhǔn)偕振AC-DC+GaN的器件預(yù)計(jì)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(jì)在2024年第二季度量產(chǎn)。