GaN技术杂谈

氮化镓（GaN）正在推动功率电子技术变革，应用范围从低压电机驱动扩展到兆瓦级人工智能数据中心。在本次访谈中，EPC 详细介绍了第七代以及即将推出的第八代氮化镓器件如何在电容、面积和功率密度等方面实现相较硅器件最高达 5 倍的优势，从而开拓 40 V 及以下市场，并为 GPU 实现先进的负载点电源转换。讨论内容涵盖采用 48 V 总线的高性能机器人、面向 800 V 系统的多电平 ISOP 拓扑、通过参考设计实现快速原型开发，以及氮化镓在太空应用中日益重要的作用。

The full article was originally published in EPDT

The history of power electronics has been a predictable cadence of material limits, architectural shifts, and a new semiconductor platform resetting expectations. Today that transition is happening again, this time with gallium nitride (GaN).

AI 的快速兴起以及支持其持续发展的数据中心的广泛部署，正在从根本上改变数据中心的设计方式——不仅体现在计算密度和冷却需求方面，也体现在电力传输方式上。过去功耗为数十千瓦的机架，如今正接近数百千瓦，兆瓦级 AI 计算集群已不再是遥远的目标。在此背景下，基于 415/480 VAC 配电和低压 DC 总线的传统电源架构，在扩展时正变得日益低效、笨重且成本高昂。

与提供高压 GaN 产品的瑞萨（Renesas）建立合作关系，为 EPC 扩展其中低压产品组合带来了新的机遇。

氮化镓（GaN）——一种与碳化硅（SiC）并列的宽禁带半导体——已成为下一代功率电子领域中优于硅的替代技术。知名市场研究机构 Yole 预测，到 2030 年 GaN 功率器件市场规模将达到 30 亿美元，2024 年至 2030 年期间的复合年增长率高达 42%，这主要得益于 OEM 采用率提升、消费市场成熟，以及在 NVIDIA 支持下 AI 数据中心业务的扩张。

Power Electronic News
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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。

48 V 正在被许多应用采用，包括 AI 系统、数据中心和轻度混合动力电动车。然而，传统的 12 V 生态系统仍然占主导地位，因此需要高功率密度的 12 V 转 48 V 升压转换器。eGaN® FET 的快速开关速度和低 RDS(on) 可以帮助解决这个问题。 本文评估了一种使用由瑞萨的 ISL81807 控制器 IC 直接驱动的 eGaN FET 的 12 V 转 48 V、500 W DC-DC 功率模块的设计，该模块采用简单且低成本的同步升压拓扑。

新兴计算应用需求更大的功率和更小的外形尺寸。除了不断扩展的服务器市场需求外，一些最具挑战性的应用包括多用户游戏系统、自动驾驶汽车和人工智能。这些应用正在产生对可在靠近处理器的主板上挤压的DC-DC转换器的需求。

计算和电信市场的快速扩展要求中间总线转换器提供更加紧凑、高效和高功率密度的解决方案。LLC谐振转换器是提供高功率密度和高效解决方案的出色候选者。eGaN® FETs凭借其超低的导通电阻和寄生电容，有助于LLC谐振转换器显著降低损耗，而这是使用硅MOSFET时很难实现的。采用EPC2053和EPC2024等eGaN FETs的48 V到12 V，900 W，1 MHz LLC DC到DC变压器（DCX）转换器被证明实现了98.4%的峰值效率和超过1500 W/in3的功率密度。