GaN技术杂谈

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。

在不断发展的电力电子领域中，效率、尺寸和可靠性始终是关键指标。EPC 以其最新创新产品 EPC2366 树立了新的行业标杆。这款 40 V GaN FET 采用超紧凑的 3.3 × 2.6 毫米 QFN 封装，充分展现了功率半导体技术的前沿水平。

在接受 MakerPROTW 特约编辑 Judith Cheng 的采访时，Efficient Power Conversion（EPC）联合创始人兼首席执行官 Alex Lidow 介绍了公司目前已投入量产的第七代氮化镓（GaN）技术，以及该技术对传统上由硅 MOSFET 主导的低压应用所带来的影响。随着 40 V 的 EPC2366 等器件已进入批量生产，EPC 正将 GaN 定位为 40 V 及以下电压范围内的主流选择——这一市场规模甚至超过了 GaN 最初取得突破的 100 V 细分市场。

Michael A. de Rooij 和 Alejandro .P. Pozo

本文发表于 EEPower。

人工智能如今正风靡全球，其影响力只会持续扩大。当下真正的挑战在于如何以最优效率满足不断增长的能源需求。NVIDIA 最近发布的一份白皮书¹指出，结合储能解决方案的 800 V 直流架构是一种满足当前及未来 AI 服务器基础设施需求的可行替代方案。这类系统所需的供电功率将以兆瓦计，而不仅仅是千瓦。实现这一目标的关键技术是 GaN。EPC 与 NVIDIA 合作，开发了一款具备成本效益、超薄型的 800 VDC 至 12.5 VDC 转换器²，可提供高达 6 kW 的功率。该设计采用了 EPC 最新的 150 V 和 40 V GaN 器件^3,4，整体占板面积仅 5,000 mm²，总厚度仅为 8 mm。该设计展示了 GaN FET 如何在保持低成本的同时，实现高效率与高功率密度的结合，目标是在满载条件下达到 97% 的效率。

在摩纳哥举行的 Bodo Power Systems 宽禁带论坛上，EPC 创始人兼首席执行官 Alex Lidow 凭借其五十年电力半导体领域的经验，为 GaN 相关讨论定下了基调，重点强调了氮化镓（GaN）的显著优势。与来自德州仪器（Texas Instruments）、Navitas、英飞凌（Infineon）、东芝（Toshiba）、大众汽车（Volkswagen）和三菱（Mitsubishi）的专家同台交流时，他将 GaN 定位为低电压、高频系统的更优选择——应用领域涵盖 AI 数据中心、人形机器人、自动驾驶车辆以及 LiDAR。尽管 SiC 仍然是高电压应用的首选，但 Lidow 指出，GaN 已成为一种具有成本优势的技术，正在重塑负载点（PoL）供电架构——而且远不止于此。

随着类人机器人不断演进，以精确与敏捷复制人类动作，对紧凑、高效、响应快速的电机驱动的需求也持续上升。EPC91120 参考设计展示了 GaN 集成如何使逆变器电子设备能够直接嵌入机器人关节内部——减轻重量、提高效率并增强运动控制。

随着服务器和数据中心运营商对更高效率和更大功率密度的需求不断增加，电源设计师越来越多地转向氮化镓（GaN）技术。GaN 的快速开关速度、低损耗和紧凑器件尺寸，使得使用硅技术无法实现的系统架构成为可能。

随着人工智能（AI）、机器人和太空系统重新定义功率电子学的可能性，氮化镓（GaN）技术持续引领这一变革。在最近接受 Electronic Product Design & Test (EPDT) 的采访中，EPC 的首席执行官兼联合创始人 Alex Lidow 博士分享了他对 GaN 如何重塑半导体格局的见解——以及这种快速发展的技术接下来将走向何方。

随着氮化镓 (GaN) 在从数据中心和机器人到汽车和消费电子的应用中加速普及，封装发挥着越来越关键的作用。EPC 的热增强型 无引脚功率四方扁平封装 (PQFN) 提供了工程师所需的性能和功率密度，但在实际系统中的成功取决于一个关键因素：可靠的组装。

一种具有30 V至140 V宽输入范围的电机驱动逆变器参考设计适用于80 V、110 V及以上电池系统。应用示例包括工业自动化系统、农业机械以及物料搬运设备（如叉车）。本文将讨论这些系统的现成参考设计的设计，重点是开发的 PCB 布局以优化所使用的 GaN FET 的性能。