與硅相比，氮化鎵的禁帶寬度、擊穿場(chǎng)強(qiáng)、電子飽和速度都高出三倍左右，其寬度更寬、場(chǎng)強(qiáng)更大，飽和速度更快，具有更優(yōu)異的物理性能，特別是在高頻率工作、高速開關(guān)的狀態(tài)下，比硅甚至碳化硅都有更好的表現(xiàn)。高電子遷移率晶體管(HEMT)是一種晶體管結(jié)構(gòu)，Si MOSFET一般是垂直結(jié)構(gòu)，而HEMT是水平構(gòu)造。這種構(gòu)造加上氮化鎵本身的特性，使GaN HEMT的開關(guān)速度非常高。相比Si MOSFET，整體開關(guān)損耗降低約65%。moCesmc

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　　羅姆(ROHM)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(羅姆商標(biāo))”，并不斷致力于進(jìn)一步提高器件的性能。“EcoGaN™ Power Stage IC “BM3G0xxMUV-LB”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。“羅姆半導(dǎo)體(上海)有限公司技術(shù)中心副總經(jīng)理周勁在近日的媒體交流會(huì)暨產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上表示。moCesmc

近年來，氮化鎵器件在快充領(lǐng)域上的應(yīng)用moCesmc

　　據(jù)《國際電子商情》了解，氮化鎵起始的時(shí)間節(jié)點(diǎn)大致在2020年左右，主要應(yīng)用集中于PC、手機(jī)的快充，之后隨著5G和PD適配器的普及，市場(chǎng)需求增加，僅憑硅器件無法滿足需求，因此各大半導(dǎo)體公司都開始發(fā)力，終端廠商也在電動(dòng)汽車或者混動(dòng)汽車方向考慮使用DC-DC，未來隨著電動(dòng)汽車以及工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用的增加，預(yù)計(jì)2025年后市場(chǎng)將會(huì)出現(xiàn)更大增長(zhǎng)。moCesmc

　　周勁指出，盡管氮化鎵器件的應(yīng)用需求會(huì)持續(xù)擴(kuò)大，但氮化鎵的使用通常會(huì)面臨兩個(gè)問題：一是驅(qū)動(dòng)閾值電壓(Vth)比較低，通常是1.5到1.8V左右，有噪音時(shí)會(huì)誤開啟，不一定壞，但是會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗比較高;二是柵極耐壓比較低，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，所以很容易就壞，通常必須與專門的驅(qū)動(dòng)電路或者驅(qū)動(dòng)器配合使用，但如此一來外置元器件數(shù)量會(huì)增多，另外，通路寄生參數(shù)的影響，在200KHz或更高工作頻率時(shí)，也會(huì)越來越明顯。moCesmc

　　鑒于此，羅姆面向數(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，開發(fā)出集的650V新產(chǎn)品——Power Stage IC“BM3G0xxMUV-LB”，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，Ga決定效率值，組合在一起實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)，更加充分地發(fā)揮氮化鎵器件的性能。moCesmc

　　羅姆新產(chǎn)品為VQFN封裝，8×8mm，厚度是1毫米的IC，一體化的封裝，驅(qū)動(dòng)電壓可實(shí)現(xiàn)跟現(xiàn)在的DC-DC控制器一樣的水準(zhǔn)，啟動(dòng)時(shí)間也大幅縮短，傳輸延遲11納秒到15納秒，這是基于氮化鎵本身的高速特性。相對(duì)于普通的產(chǎn)品，開關(guān)損耗低，外圍電路更簡(jiǎn)單，僅需一個(gè)外置器件，有助于應(yīng)用產(chǎn)品的小型化。另外，使用這款Power Stage IC時(shí)，相比Si MOSFET，開關(guān)損耗大幅度降低，另外，相比Si MOSFET+散熱片，器件體積顯著減小。moCesmc

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　　柵極驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置在里面有電壓范圍接口，通過該接口使原來的很窄的驅(qū)動(dòng)電壓要求可以達(dá)到5V到30V，羅姆發(fā)揮在模擬方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將其加入Power GaN系列，豐富了產(chǎn)品陣容。在此芯片里還會(huì)有一些EMI控制，盡管高速電路EMI比較難控制，所以其中加強(qiáng)優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)的波形，不影響速度的情況下，能夠控制EMI的技術(shù)，還有相應(yīng)的電源、溫度保護(hù)等等電路構(gòu)成，可以簡(jiǎn)單地把氮化鎵器件替代到現(xiàn)有方案中去，而且不需要大幅調(diào)整驅(qū)動(dòng)的電壓，不用擔(dān)心噪聲影響，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工程師的工時(shí)。moCesmc

　　綜合來看，羅姆新產(chǎn)品主要有三大特點(diǎn)：支持各一次側(cè)電源電路，功耗低和小型化。一是在支持各種一次側(cè)電源電路方面，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的電路中，并且傳輸延遲時(shí)間短，基本上不用太考慮延遲時(shí)間，整個(gè)環(huán)路等等的設(shè)計(jì)會(huì)比較容易。各種各樣的AC-DC包括反激式的大家會(huì)用得比較多，半橋的是這種，交錯(cuò)式和圖騰都是可以用Power Stage IC。二是進(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%的程度。三是應(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)。moCesmc

　　目前，羅姆新推出的兩款是BM3G007MUV-LB、BM3G015MUV-LB，其導(dǎo)通電阻分別是70毫歐和150毫歐。此外，還備有三款評(píng)估板，一款是BM3G007MUV-EVK-002，用來評(píng)估芯片的整體方案性能，另外兩款BM3G007MUV-EVK-003和BM3G015MUV-EVK-003，可移植到客戶現(xiàn)有方案進(jìn)行測(cè)試。moCesmc

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　　根據(jù)《國際電子商情》了解，羅姆EcoGaNTM系列氮化鎵產(chǎn)品自2006年開始研發(fā)，并在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。在2023年4月開始量產(chǎn)650V耐壓產(chǎn)品，7月發(fā)布了這款650V Power Stage IC。今后，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，便于客戶選擇。moCesmc

　　根據(jù)羅姆規(guī)劃，關(guān)于Power Stage IC下一代產(chǎn)品，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)。moCesmc