功率半導體全球老大的氮化鎵（GaN）新布局

英飛凌最新推出氮化鎵（GaN）解決方案CoolGaN 600 V增強型HEMT和氮化鎵開關管專用驅動IC（GaN EiceDRIVER IC）。

它就是氮化鎵，最早在60年代應用於LED產品，近幾年在電源類產品打開市場。

硅材料仍然是當前電源產品的主流，氮化鎵定位在高功率、高電壓的場景，集中在600V至 3.3kv。中低壓集中在100-600V。氮化鎵還具有高頻無損耗開關的特性。

目前，市場上氮化鎵解決方案分為三種：

1.分立式+外部驅動器；

2.多片集成，開關和驅動雖然是不同的襯底，但是封裝在同一個殼子里；

3.單片集成，氮化鎵的開關、驅動、其他器件作為同襯底的一個解決方案。

分立式方案是目前最成熟的一種解決方案，氮化鎵在多片集成與單片集成中體現出優勢。

英飛凌提供覆蓋這三種形式的解決方案。

英飛凌大中華區副總裁電源管理及多元化市場事業部負責人潘大偉介紹，英飛凌電源管理與多元化市場事業部（PMM）專註於三大領域：能效、物聯網、快速的大數據。

英飛凌大中華區副總裁電源管理及多元化市場事業部負責人潘大偉

在能效方面，有性能領先的MOSFET和數字電源IC、氮化鎵/碳化硅；在高速的大數據方面，通過LNA/開關、碳化硅/氮化鎵在基站實現出色的數據傳輸；在物聯網方面，有同類領先的感測器和雷達。

分立式功率MOSFEET 2017年整體市場份額是66.5億，英飛凌佔了26.3%，保持絕對領先。

從PMM全球的營業額來看，25%來自射頻和感測器，75%來自電源。按區域，大中華區佔比全球的57%。近來英飛凌投資300mm晶圓製造，穩健擴大產能。

預計未來十年，基於氮化鎵的器件市場總值有望超過10億美元。其中電源類產品占整個市場比重約40%，汽車應用起步晚成長快，將是一大應用領域。

CoolGaN 600 V增強型HEMT

11月，英飛凌推出氮化鎵（GaN）解決方案CoolGaN 600 V增強型HEMT和氮化鎵開關管專用驅動IC（GaN EiceDRIVER IC）。它們具備更高功率密度，可實現更加小巧、輕便的設計，從而降低系統總成本和運行成本，以及減少資本支出。隨著CoolGaN 600 V增強型HEMT和GaN EiceDRIVER柵極驅動IC的推出，目前，英飛凌是市場上唯一一家提供涵蓋硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等材料的全系列功率產品的公司。

最新發布的CoolGaN 600 V增強型HEMT採用可靠的常閉概念，它經專門優化，可實現快速開通和關斷。它們可在開關模式電源（SMPS）中實現高能效和高功率密度，其優值係數（FOM）在當前市場上的所有600 V器件中首屈一指。CoolGaN開關的柵極電荷極低，且具有極少輸出電容，可在反嚮導通狀態下提供優異的動態性能，進而大幅提高工作頻率，從而通過縮小被動元器件的總體尺寸，提高功率密度。

英飛凌科技奧地利股份有限公司電源管理與多元化事業部資深市場營銷經理鄧巍詳細分析這款最新的CoolGaN 600 V增強型HEMT。

英飛凌科技奧地利股份有限公司電源管理與多元化事業部資深市場營銷經理鄧巍

P型氮化鎵電阻柵，柵極電壓超出正向電壓時空穴注入，如果不在柵極做任何的電壓動作，它中間有一個二維電子器的層，電子在中間流動。

英飛凌在技術細節和工藝上做了一些改動，在柵極加了P-，做出了市場容易接受的常關型器件。

氮化鎵有一個業界比較棘手的問題叫做動態RDS(ON)，解決問題的關鍵在於就是把P-引入，動態RDS(ON)有很多電子在開關的時候被漏級的電子陷在裡面不流通，這樣會造成影響。把P-放入後，中和表面的電子，P型氮化鎵漏極接觸，避免電流崩潰。這個結構只有英飛凌和松下可以用，這英飛凌工藝領先的表現。

氮化鎵在高頻情況下能夠無損耗地進行開關，引入貼片式封裝，進深參數比較小，可以發揮最大效率。SMD封裝散熱性能更好，。英飛凌可以根據不同的客戶、不同的需求提供不同封裝的產品。

英飛凌CoolGaN 600 V增強型HEMT在功率因數校正（PFC）變流器里具有超高的能效（2.5 kW PFC能效 > 99.3％）。相同能效下的功率密度可達到160 W / in3（3.6 kW LLC能效 > 98％）。在諧振拓撲中，CoolGaN線性輸出電容可將死區時間縮短至八分之一到十分之一。

氮化鎵開關管專用驅動IC（GaN EiceDRIVER IC）

不同於傳統功率MOSFET的柵極驅動IC，這個針對英飛凌CoolGaN量身定製的柵極驅動IC可提供負輸出電壓，以快速關斷氮化鎵開關。

鄧巍解析，英飛凌氮化鎵產品的等效電路的柵極是一個阻性的柵極，有一個二極體進行自鉗斷式阻性柵極：阻性柵極內部將VGS鉗位到安全範圍。高柵極電流可實現快速導通；穩健的柵極驅動拓撲。這個結構只有英飛凌和松下能夠擁有。這個等效電路提供這些優勢的同時，可靠性也非常高，所以氮化鎵也會保證在業界最好的質量。

在開關應處於關閉狀態的整個持續時間內，GaN EiceDRIVER IC可以使柵極電壓穩定保持為零。這可保護氮化鎵開關不受噪音導致誤接通的影響，哪怕是首脈衝，這對於SMPS實現強健運行至關重要。

氮化鎵柵極驅動IC可實現恆定的GaN HEMT開關轉換速率，幾乎不受工作循環或開關速度影響。這可確保運行穩健性和很高能效，大大縮短研發周期。它集成了電隔離，可在硬開關和軟開關應用中實現強健運行。它還可在SMPS一次側和二次側之間提供保護，並可根據需要在功率級與邏輯級之間提供保護。

英飛凌具備CoolGaN 製造完整的供應鏈。研發、質量、前端、後端、倉庫等分布在全球多個地方。英飛凌氮化鎵產品的高研發投入也使其從工藝層到封裝、測試等等都可以在英飛凌內部完成，並促進研發多片集成、單片集成等解決方案。

Bel Power Solutions研發部電子設計助理經理陳偉表示，Bel Power Solutions與英飛凌合作多年，在很多電源產品中都採用了英飛凌的功率半導體器件。通過採用英飛凌CoolGaN產品，Bel Power Solutions能夠為客戶提供更高效率、更高功率密度的電源產品。

Bel Power Solutions研發部電子設計助理經理陳偉

Bel Power Solutions採用英飛凌的CoolGaN設計了一款超高性能的ACDC電源，應用於數據中心。主要性能是輸入電壓是180-305Vac，它的輸出電壓是42-58V；輸出功率是6KW/125A；產品尺寸是107.5x440x41mm；峰值效率是 >97.5%，超越了80+效率認證最高標準-鈦金效率的要求，在業界做到了非常高的效率；在10-100%負載段都保持>97%效率 ；功率密度: 50W/in3。通過應用氮化鎵器件，讓整個電源的設計超高效率，在體積方面做到最好的優化。

目前可在線購買2.5kW全橋圖騰柱PFC評估板，基於英飛凌氮化鎵等功率器件的優勢，將伺服器電源以及電信整流器等關鍵應用的系統效率提升至99%以上。 還可訂購電信整流器3.6KW LLC，此外實驗室評估板高頻（1MHz）板橋平台即將面世。

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