專業音訊產業在評估新型半導體技術時，傳統上優先考量可靠性、可預測的產品生命週期，以及長期產品穩定性。因此，新興元件平台通常只有在其電氣性能與強固性獲得充分驗證與理解後，才會被導入。

在這樣的背景下，Innosonix 執行長暨共同創辦人 Markus Bätz 早在 2020 年便決定從矽基功率元件轉向氮化鎵（GaN）功率元件——那時距離 GaN 在專業音訊領域被廣泛討論還有數年之久。

Markus Bätz，Innosonix 執行長暨共同創辦人

早期採用與 EPC 合作

「當時，我們正在尋找一個適用於中低功率專業擴大機的新平台，每聲道約 50 至 300 瓦，」Bätz 解釋道。「我們需要能與 ±60 V 電源軌良好匹配的方案，而就在那時我們發現了 EPC 的 150 V 元件。EPC2059 在電氣特性上幾乎是完美契合。」

隨之而來的不僅是技術轉型，更是公司在擴大機設計方法上的轉變。與許多傳統半導體供應商不同，EPC 提供了完整開放的資料存取，包括資料手冊、應用說明與詳細的可靠性報告。

「所有資料都在線上，所有內容都有完整文件紀錄，」Bätz 表示。「對像我們這樣的小公司來說，這非常重要。」

這種開放態度，加上 EPC 工程團隊的直接參與，讓公司在當時許多音訊製造商仍持觀望態度的情況下，建立了導入 GaN 的信心。

GaN 在 D 類音訊中的技術優勢

在高效能 D 類音訊應用中，開關元件的選擇會直接影響關鍵的聲學指標。eGaN FET 相較於矽基 MOSFET 具備多項關鍵優勢：

• 更低的導通損耗
• 更快的切換轉換速度
• 零反向恢復電荷
• 在相同導通電阻下顯著較低的閘極電荷
• 極低的輸出電容

這些特性使設計人員能提高 PWM 頻率、縮短死區時間，並在輸出級更接近理想的數位功率波形。這種組合可降低由傳播延遲、死區時間與二極體恢復效應所造成的開迴路失真，同時減少切換損耗，避免對更大型散熱器的需求。

更短的導通與關斷延遲，以及更陡峭的切換邊緣，使系統在較低整體回授條件下即可實現更低的 THD+N 與更低的瞬態互調失真（T-IMD）。EPC 發表的參考設計 展示了採用 GaN D 類架構時，THD+N 低於 0.005%、SNR 高於 120 dB 的表現。

Innosonix 成功的核心在於其專注於實際應用效能的工程理念。GaN 技術不僅改善單一參數——更改變了整體設計方法。

「最大的優勢在於我們能在不產生巨大損耗的情況下運作於更高的切換頻率，」Bätz 指出。「這讓我們能縮小體積、提升效率並改善迴路性能，進而提升音質。」

雖然總諧波失真（THD）的改善幅度有限——因為安裝型揚聲器往往主導最終聽感品質——但在效率、熱管理與功率密度方面的提升則相當顯著。

設計選擇與權衡

該設計策略刻意優先降低切換損耗，而非導通損耗，充分利用 GaN 元件極低輸出電容與幾乎為零的反向恢復電荷特性。此方法符合音訊訊號高峰值因數（crest factor）的特性，即峰值電流持續時間短，而平均熱負載相對適中。

「音訊具有非常高的峰值因數，因此若只針對導通損耗最佳化其實沒有太大意義，」Bätz 解釋道。「切換損耗才是主導因素，因此像 EPC2207 這類元件整體表現反而更好。」

因此，EPC2207 成為較低功率聲道的首選，而 EPC2307 則支援千瓦級高功率設計。

然而，GaN 元件的本質高速特性需要謹慎管理。「我們實際上必須透過增加閘極電阻來稍微降低元件速度，」Bätz 表示。「否則切換邊緣會干擾類比調變器。最終，我們犧牲了一部分原始速度，以確保整個系統運作穩定。」

另一項刻意的權衡涉及死區時間。雖然透過極小死區時間進行硬切換可能改善失真數據，但會大幅增加待機損耗。「待機功耗對我們而言更為重要，」Bätz 說道。「我們希望的是綠色節能方案，而不只是漂亮的資料表數字。」

在 PCB 整合方面，近期專案已從晶片級（wafer-level）封裝轉向 QFN 封裝，簡化組裝流程並提升熱機械可靠性，同時保有快速、乾淨切換所需的低寄生電感。EPC 在鋼網設計、焊錫膏用量與熱循環行為方面的指引，對於實現長期高可靠性至關重要（圖 1）。

系統層級優勢與市場

如今，公司產品組合中的每一款擴大機皆採用 GaN 技術。例如 LP² 系列在單一 1U 機架機箱中即可提供 32 個擴大機聲道——這種功率密度若使用矽基技術將極難實現。

「這種密度不是加分項，而是整個價值主張的核心，」Bätz 解釋道。在所有聲道全數啟動時，總待機功耗仍低於 100 W，大幅降低散熱與冷卻需求。

這項能力開啟了新的市場機會。高聲道數且空間受限的環境，如超級遊艇、豪華住宅與大型劇院，已成為關鍵應用領域。「在遊艇上，機架空間極其昂貴，」他表示。「沒有人希望為技術設備預留超出必要的空間。」

在劇院與大型安裝案中，其優勢同樣明顯。較低的熱輸出可降低 HVAC 負載、簡化改造工程並降低整體擁有成本。

這些擴大機如今已為豪華遊艇上的高階音響系統，以及全球專業商用視聽安裝案提供動力。

公司近期推出的 Micro Maxx 系列同時提供 PoE 與市電供電版本，採用相同的 GaN 擴大機核心，但鎖定更廣泛且對成本更敏感的市場（圖 2、3）。

可靠性經驗

轉向 GaN 並非毫無挫折。早期確實出現可靠性問題——並非元件本身的弱點，而是源於團隊對晶片級封裝製程細節尚不熟悉。

「最初幾年我們的可靠性表現相當糟，那百分之百是我們自己的問題，」Bätz 坦言。「鋼網設計、焊錫膏選擇、精確的焊膏用量——對晶片級 GaN 元件來說，每個細節都很重要。」

熱應力管理同樣需要全新的思維。當這些因素獲得改善後，長期測試顯示即使在嚴苛過載條件下，系統仍展現出優異的強固性。

儘管目前已安裝基數約 25,000 個音訊聲道，規模仍不足以得出具有統計意義的 ppm 故障率數據，但實地運行經驗令人鼓舞。EPC 詳盡的可靠性報告在加速學習過程中發揮了關鍵作用。「只要真正閱讀並理解文件，多數潛在問題其實早已被說明，」Bätz 補充道。

未來展望

展望未來，像 EPC2304 這類元件正為 GaN 電源供應器開啟新機會，包括 LLC 轉換器與多層級 PFC 架構。

「這才是事情真正變得有趣的地方，」Bätz 表示。「GaN 不再只是擴大機技術——而是整體電源架構的關鍵。」

EPC 在 Innosonix 未來規劃中仍將扮演重要角色。Bätz 表示：「很明顯，我們應該採用最新技術。」他補充道：「這就是我們的 DNA——我們不害怕嘗試新事物。」

Innosonix 銷售總監 Richard Van Nairn 也指出，這項合作不僅關乎技術，更關乎企業文化：「隨著我們成長，我們希望與 EPC 一同成長。」

Innosonix 展現了當工程好奇心遇上新世代半導體創新時所能創造的成果。他們打造全球最頂級的海事音響系統，並不斷推動專業音訊效率的極限。

對專業音訊而言，GaN 的價值或許不在於失真數字本身，而在於讓系統更小型、更低溫、更高效率，逐步改變擴大技術的設計、建構與應用方式。

參考資料

- EPC Corporation. GaN for Audio. https://epc-co.com/epc/tw/應用/面向音訊放大器的氮化鎵元件

- Innosonix GmbH.（2020）。Pioneering GaN Amplifier Technology Since 2020. https://www.innosonix.de/blog/pioneering-gan-technology-advancements-since-2020

- Next generation Audio Amplifiers with EPC GaN FETs, Tiziano Morganti

- GaN Power Devices for Efficient Power Conversion，第四版 - 作者：Alex Lidow、Michael de Rooij、John Glaser、Alejandro Pozo Arribas、Shengke Zhang、Marco Palma、David Reusch、Johan Strydom。

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