驾驶氮化镓进入快车道
技术分享GaN技术杂谈 – Rick Pierson
6月 12, 2018
随着汽车认证的推进，EPC 的氮化镓场效应管（GaN FETs）正上路，Rebecca Pool 报道。
本文最初于 2018 年 5 月 16 日星期三发布在化合物半导体网站上。了解更多有关 eGaN 技术和 EPC 氮化镓解决方案在汽车应用中的应用。
问问 EPC 的首席执行官 Alex Lidow，他的氮化镓功率器件业务未来将如何发展，汽车认证将占据重要地位。
最近，该公司为 LiDAR、48V 电力分配系统和其他应用提供了通过 AEC Q101 认证的 80 V 分立晶体管，其最新的增强型场效应管比硅 MOSFET 拥有更高的开关频率和效率，而且占用的空间更小。这仅仅是个开始。
Lidow 强调：“我们有更多为 LiDAR（传感器）设计的晶体管和集成电路，并正在推进汽车认证。LiDAR 正面临着巨大的成本和性能压力，因此整合组件、提高性能并降低成本非常重要。”
根据这位氮化镓先锋的说法，目前行业正面临巨大压力，需要使许多氮化镓组件通过 AEC 认证。像 Velodyne 和 Quanergy 这样的 LiDAR 传感器制造商，已经为卡特彼勒和福特等公司提供设备多年，用于自动驾驶车辆以及安全系统和地图应用。氮化镓场效应管可用于生成 LiDAR 所需的高电流、短脉冲，从而实现高分辨率、长距离测量。
与此同时，从汽车到计算机等行业正从 12V 电力分配系统转向 48V 电力分配系统，因为对高强度前照灯和车内高保真娱乐系统的需求不断增长。每个应用都能从小巧、快速和高效的氮化镓晶体管中受益。
高效功率转换（EPC）已成功完成两款氮化镓器件的汽车 AEC Q101 认证。Lidow 说：“我看到有十几家公司在投产氮化镓产品，无论是克莱斯勒还是通用汽车，这些汽车公司都非常认真，要求所有产品都必须通过汽车认证。因此，我们看到这些产品的汽车认证需求，而更重要的是，认证也向全世界表明我们已准备就绪 - 设立了标准，而氮化镓轻松跃过。”
的确，Lidow 确信行业的担忧已经消散。已经使用硅功率 MOSFET 的设计工程师的迟疑和可靠性问题已经消失，供应链已经到位，更重要的是，价格具有竞争力。
他说：“在批量定价中，某些部件的价格在 20 美分左右，这也是硅 MOSFET 的底线。我确实认为有些人对氮化镓的价格存在误解，因为如果你去分销商的网站，看到的都是低批量定价。直到你真正了解到高批量定价，才会有那种惊喜。”
他补充道：“因此，氮化镓确实有这种声誉，但我们正逐步消除这种声誉，每次都是一个批量订单。”
全面上车
从一开始，EPC 就专注于低电压器件，将高电压应用留给了像 Transphorm 和 MACOM 这样的公司。的确，去年，Transphorm 交付了世界上首款通过 AEC-Q101 认证的氮化镓晶体管，该晶体管的电压为 650V，针对电动汽车车载充电器的 AC-DC 转换和空调、供暖、助力转向和油泵中的高压 DC-DC 转换。
虽然许多制造商继续推动高电压氮化镓硅器件通过认证，Lidow 仍然认为真正的行动在低电压器件，并因此，他的公司有一个双重策略。
首先，公司将继续提供更小、更便宜和性能更高的芯片。“我们今天处于‘第五代’，但如果我们假设可以达到理论性能，那么我们有机会将这些器件缩小 300 倍，”Lidow 说。“这将在 16 年内将我们带到‘第八代’，这与 80 年代和 90 年代功率 MOSFET 的轨迹非常相似。”
与此同时，Lidow 和同事们将提供越来越多复杂的氮化镓集成电路系统。虽然公司一直在与德州仪器和其他公司合作开发共封装的硅驱动 IC 和氮化镓器件系统，但单片氮化镓 IC 即将到来。
Lidow 指出：“除非你有一个非常小的氮化镓器件可以从逻辑门驱动，否则你需要一个驱动 IC，而德州仪器、uPI、村田、Maxim 和 Intersil 都在制造与我们的氮化镓一起工作的 IC。然而，硅驱动器确实限制了氮化镓器件的速度……但将驱动电子元件集成到氮化镓晶体管芯片上可以消除这一点。”
Alex Lidow: “对于设计师来说，现在真的没有理由不使用氮化镓——真的要么上车，要么走人。”
的确，EPC 今年 3 月推出了首款驱动器加场效应管 IC。这些 200V 集成栅极驱动 IC 不含减少晶体管速度的寄生电感，并专为无线电源和高频 DC 到 DC 转换应用而设计。
到 2019 年，Lidow 认为半桥电路、电平移位器和驱动器都将单片集成到他的 eGaN FETs 上。“现在我们正处于在氮化镓分立器件上添加更多功能以节省资金、设计时间、性能等的总体趋势的开始，”他说。
毫无疑问，氮化镓正迅速向前推进，每年都在扩大与硅的性能差距。今天，越来越多的玩家，包括中国公司，正在加入市场，正如 Lidow 所说：“对于设计师来说，现在真的没有理由不使用氮化镓——真的要么上车，要么走人。”
但随着越来越多的公司加入行业，EPC 不担心竞争加剧吗？简而言之，不担心。
Lidow 指出：“供应链中有更多公司会让客户更倾向于使用产品，没人喜欢独家来源。因此，正如我对氮化镓世界中的其他人所说：未来五年你是我的朋友，我会像推广我自己的产品一样推广你的产品，但五年后手套就要脱下来了。”