本文最初发表于 EE Times。

功率 MOSFET 市场规模庞大且发展成熟，预计到 2027 年市场规模将达到约 140 亿美元。该市场通常分为三个电压区间：40 V 以下、40–200 V 以及 600 V 以上。其中，200 V 以下的市场约占整体市场的 75%。高效能电源转换（Efficient Power Conversion，EPC）的大多数目标应用正集中于这一电压区间，包括 AI 服务器、48 V 电源转换器、机器人以及自主机器。这使其成为 GaN 技术采用的关键战场。通过专注于更高效率、更高功率密度以及更简化的系统设计，GaN 技术正日益成为现代电源转换系统中取代硅器件的可行选择。

为 AI 时代供能

AI 正在深刻改变服务器和数据中心的架构方式。随着计算复杂度提升以及热限制日益严格，电源设计人员被迫超越已经过时的硅基器件。AI 电源转换常被称为“顶级掠食者”应用，因为哪怕是极小的性能提升都会带来巨大回报。在这一高度竞争的市场中，GaN 更高的效率和更小的尺寸正在重塑各个电压等级的设计方式。

EPC 将其 GaN 解决方案映射到 Open Rack V3 架构风格，并识别出以下战略层级：​AC-DC 与 PFC 前端：EPC 的 150 V 与 200 V 器件在 LLC 及相关拓扑的隔离前端主侧中占据了不断增长的份额。​48 V 至 12 V（或 6–8 V）中间级转换：25 V 与 15 V 器件尤其被定位用于将次级侧从 MOSFET“撬动”转向 GaN，在该侧损耗占比高且对性能极为敏感。主侧则已经以 100 V GaN 方案为主。

在系统层面，EPC 通过 输入串联、输出并联（ISOP）拓扑 推进高电压至低电压的电力传输。已展示的 800 V 转 48 V 或 12 V 的配置，采用磁集成变压器和 GaN 晶体管，效率超过 98%。这些成果凸显了基于 GaN 的系统在机架级和分布式电源应用中的可扩展性。这一方法也因 EPC 作为 NVIDIA 下一代 800 V AI 电源架构的 GaN 供应商而获得验证。GaN 在高电压和高频下仍能高效运行的能力，使其在硅 MOSFET 遭遇物理极限之处具备决定性优势——这一优势正被超大规模 AI 系统和高密度数据中心电源广泛利用。

GaN 应用于仿人机器人、无人机与自主机器

EPC 同时也在推进仿人机器人、工业无人机以及自主机器的发展，这些应用不断挑战动态运动性能与效率的极限。EPC 的集成式 GaN 功率级与电机控制 IC 结合高速晶体管以及智能栅极驱动与保护功能，构建出与 48 V 无刷直流电机高度匹配的小型化模块。其优势十分明显：体积更小、重量更轻、控制带宽更宽。GaN 可在接近或高于 100 kHz 的频率下工作，相较于低频 MOSFET 方案，效率和响应速度显著提升。

GaN 使能量利用更加高效，并可在机器人关节、手指和肢体中实现更紧凑的集成设计，而这些部位对转矩密度和散热要求极高。EPC 通过提供高效且可扩展的电机驱动方案，正在帮助设计人员打造性能更强、自主性更高的 仿人机器人和工业机器人。

将效率拓展至地球之外

EPC 还通过其 EPC Space 事业部，服务于空间通信和航空航天系统领域，在这些应用中，可靠性和效率至关重要。公司正在扩展其抗辐射 GaN 器件产品线，以支持对高可靠性要求极高的卫星星座和通信平台。

GaN 正成为下一代卫星的关键技术，因为它在效率、耐用性和尺寸方面树立了新的标杆。随着全球通信网络对轨道星座的依赖不断加深，这一点尤为重要。

重新定义电力电子的极限

在一个长期由 MOSFET 主导的市场中，EPC 将 GaN 视为改变游戏规则的技术。从 AI 服务器到仿人机器人，再到空间平台，GaN 在硅技术触及极限之处持续提供更高的效率、集成度和性能。行业发展方向已十分明确：随着功率需求增长、外形尺寸不断缩小，GaN 将持续为下一代功率转换设计树立标准。

Maurizio Di Paolo Emilio, Director of Global Marketing Communications at EPC