GaN技术杂谈

作者：Maurizio Di Paolo Emilio，Data Centre Digest 特约编辑

近年来，氮化镓（GaN）功率器件的进步显著拓展了其在40 V以下低电压应用中的工作范围。由于硅MOSFET具有良好的导通性能、成熟的制造工艺以及经过验证的可靠性，历史上一直主导这一电压区间。

PCIM Mesago
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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。

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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。

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。