雜談GaN技術

作者：Maurizio Di Paolo Emilio，Data Centre Digest 特約編輯

近期氮化鎵（GaN）功率元件的進展顯示，其運作範圍已大幅擴展至 40 V 以下的低電壓應用領域。由於具備良好的導通性能、成熟且廣為理解的製造製程，以及經驗證的可靠性，矽 MOSFET 長期以來主導此電壓範圍。

PCIM Mesago
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與提供高電壓 GaN 產品的瑞薩（Renesas）建立合作關係，為 EPC 擴展其中低電壓產品組合帶來新的契機。

氮化鎵（GaN）——一種與碳化矽（SiC）並列的寬能隙半導體——已成為新世代電力電子中優於矽的替代技術。知名市場研究機構 Yole 預測，到 2030 年 GaN 功率市場規模將達 30 億美元，2024 年至 2030 年期間的年複合成長率高達 42%，主要受 OEM 採用率提升、消費市場成熟，以及在 NVIDIA 支持下 AI 資料中心業務擴張所推動。

Power Electronic News
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本文最初發表於 EE Times。

功率 MOSFET 市場規模龐大且發展成熟，預計到 2027 年市場價值將達到約 140 億美元。該市場通常分為三個電壓區間：40 V 以下、40–200 V，以及 600 V 以上。其中，200 V 以下的市場約占整體市場的 75%。高效能電源轉換（Efficient Power Conversion，EPC）的大多數目標應用正集中於此區間，包括 AI 伺服器、48 V 電源轉換器、機器人以及自主機器。這使其成為 GaN 技術採用的關鍵戰場。透過聚焦於更高效率、更高功率密度與更簡化的系統設計，GaN 技術正逐步成為現代電源轉換系統中取代矽元件的可行方案。

在接受 MakerPROTW 特約編輯 Judith Cheng 的專訪時，Efficient Power Conversion（EPC）共同創辦人暨執行長 Alex Lidow 介紹了公司目前已投入量產的第七代氮化鎵（GaN）技術，以及該技術對傳統上由矽 MOSFET 主導的低電壓應用所帶來的影響。隨著 40 V 的 EPC2366 等元件已進入大量生產，EPC 正將 GaN 定位為 40 V 及以下電壓範圍內的主流選項——此市場規模甚至超過 GaN 最初取得突破的 100 V 區段。

Michael A. de Rooij 與 Alejandro .P. Pozo

本文發表於 EEPower。

人工智慧如今正廣受關注，其影響力只會持續擴大。當前真正的挑戰在於如何以最佳效率滿足不斷成長的能源需求。NVIDIA 最近發佈的一份白皮書¹指出，結合儲能解決方案的 800 V 直流架構，是一種可滿足當前與未來 AI 伺服器基礎架構需求的替代方案。這類系統所需的供電功率將以兆瓦計，而不僅是千瓦。實現這一目標的關鍵技術是 GaN。EPC 與 NVIDIA 合作，開發了一款具備成本效益、低剖面的 800 VDC 至 12.5 VDC 轉換器²，可提供高達 6 kW 的功率。該設計採用了 EPC 最新的 150 V 與 40 V GaN 元件^3,4，整體佔板面積僅 5,000 mm²，總厚度僅 8 mm。此設計展示了 GaN FET 如何在維持低成本的同時，實現高效率與高功率密度的結合，並以滿載效率達到 97% 為目標。

在摩納哥舉行的 Bodo Power Systems 寬能隙論壇上，EPC 創辦人暨執行長 Alex Lidow 憑藉其五十年電力半導體經驗，為 GaN 的討論定下基調，強調了氮化鎵（GaN）的顯著優勢。與來自德州儀器（Texas Instruments）、Navitas、英飛凌（Infineon）、東芝（Toshiba）、福斯汽車（Volkswagen）及三菱（Mitsubishi）的專家同台交流時，他將 GaN 定位為低電壓、高頻系統的最佳選擇——應用範圍涵蓋 AI 資料中心、人形機器人、自駕車以及 LiDAR。儘管 SiC 仍是高電壓應用的首選，Lidow 指出，GaN 已是一項具備成本效益、正在重塑負載點（PoL）電源的技術——而且遠不止於此。

隨著人工智慧（AI）、機器人和太空系統重新定義功率電子學的可能性，氮化鎵（GaN）技術持續引領這一變革。在最近接受 Electronic Product Design & Test (EPDT) 的採訪中，EPC 的執行長兼共同創辦人 Alex Lidow 博士分享了他對 GaN 如何重塑半導體格局的見解——以及這項快速發展的技術未來的發展方向。

48 V 正在被許多應用採用，包括 AI 系統、數據中心和輕度混合動力電動車。然而，傳統的 12 V 生態系統仍然占主導地位，因此需要高功率密度的 12 V 至 48 V 升壓轉換器。eGaN® FET 的快速開關速度和低 RDS(on) 可以幫助解決這一挑戰。在本文中，評估了使用 eGaN FET 直接驅動 eGaN FET 兼容的 Renesas ISL81807 控制器 IC 的簡單低成本同步升壓拓撲設計的 12 V 至 48 V、500 W 直流-直流電源模塊。