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氮化镓改变世界,罗姆EcoGaN改变传统电源系统困境

《名企发布会动态》
2024-01-26 16:45 来源:电源网原创 编辑:邢

和SiC一样,GaN是一种在功率器件中存在巨大潜力的化合物半导体材料,它具有禁带宽度更宽、电子饱和速度更快、击穿场强更大等特点。相比于SiC在高耐压和大工作电流方面具有的优势,GaN HEMT更有望在100-600V中等耐压范围内,实现出色的高频工作性能。目前在小型AC适配器(消费电子)应用广泛,随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,GaN的市场规模也在不断扩大,开始逐渐拓展到工业和数据中心应用,如数据中心服务器电源、基站电源、车载OBC、48V DC-DC等领域。据Yole Group预测,从2022年到2028年,GaN功率器件市场将以49%的复合年增长率快速增长,市值将从2022年的1.849亿美元增长至20.4亿美元。

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在氮化镓应用整体向好的大前提下,罗姆发现,客户在使用氮化镓产品时最困惑的地方是氮化镓的驱动电压是5V,但是市场上所有产品都是6V,中间的余量只有1V。这样就需要增加很多的电路设计(不仅升高了电路复杂度也推高了价格),也有可能导致出现杂波,这都会为产品的可靠性带来挑战。于是,罗姆瞄准市场上栅极-源极间额定电压低,封装处理比较难的痛点,积极开发GaN品牌——EcoGaN™系列产品。EcoGaN™是通过更大程度地发挥GaN的性能,助力应用产品进一步节能和小型化的罗姆的GaN器件,将有助于应用产品进一步降低功耗、实现外围元器件的小型化、减少设计工时和元器件数量等。其中,150V GaN HEMT,40mΩ和8.5mΩ的产品,在一年前已经开始量产。650V的GaN HEMT,有70mΩ和150mΩ,在2023年4月份也开始量产。

在介绍罗姆150V GaN HEMT的特点时,罗姆半导体(北京)有限公司技术中心总经理水原德健表示,市场上的普通GaN HEMT产品的额定电压都是6V,而罗姆是8V;普通GaN HEMT产品的电压裕度是1V,而罗姆是3V。通过增加针对过冲电压的电压裕度,实现高速开关,可以更大程度地优化电源电路的效率。因为EcoGaN™系列产品不用外接电路,有很大的余量,无需设计滤波过滤电路,也不用担心之后的可靠性问题。这款产品也是罗姆从客户的角度出发开发的新产品。”

具体到各个系列产品的技术参数。罗姆的150V GaN HEMT的耐压为150V,栅极-源极间额定电压为8V,采用自有的专用模塑封装,可靠性高,安装性良好,散热性能出色,寄生电感低,高速开关1MHz以上,常闭动作,反向恢复时间为0。而罗姆的650V GaN HEMT的耐压达到650V,拥有业界超高水平的GaN器件性能指数,内置ESD保护元件,采用表面贴装型封装,高速开关,常闭动作,反向恢复时间为0。除了可靠性高,散热性出色,该产品采用支持大电流且具有出色散热性的通用型DFN封装,使安装工序的操作更容易。

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此外,罗姆凭借自身优势挑战高频率开关技术。罗姆既有功率半导体技术,又有模拟电源技术,其中代表性的就是超高速脉冲控制技术“Nano Pulse Control™”,它可以更大程度激发GaN器件性能。与Si MOSFET相比,GaN HEMT的栅极处理很难,必须与驱动栅极用的驱动器结合使用。于是,罗姆推出集功率半导体——GaN HEMT和模拟半导体——栅极驱动器于一体的Power Stage IC“BM3G0xxMUV-LB”,以轻松发挥GaN器件性能,替换一次侧电源现有的Si功率半导体电路。

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650V EcoGaN™(GaN HEMT) Power Stage IC有3个特点:通过将650V EcoGaN™、专用栅极驱动器、新增功能和外围元器件一体化封装,用作Power Stage电路,可轻松安装GaN器件;驱动电压范围达到2.5V-30V,启动时间为Typ.15μs,传输延迟为Typ.11ns-15ns,可轻松替换现有功率半导体电路;开关速度快,相比于普通产品,损耗大幅降低,仅需1个外置器件,有助于应用产品的小型化。

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在谈及罗姆产品的量产情况时,水原德健表示,罗姆2022年开始量产150V产品, 2023年4月份量产650V产品。并且,罗姆融合LSI技术和Power技术进行研发, 于2023年7月份开始量产Power Stage IC。关于下一代Power Stage IC产品,罗姆计划2024年量产搭载准谐振AC-DC电路、功率因数改善电路,以及搭载半桥电路等产品。

随着GaN器件的性能的进一步提高和阵容扩充,罗姆将持续推进用于驱动GaN HEMT的、内置控制器的器件和模块的开发,进一步加强电源解决方案。其中包括具有低导通电阻和高速开关性能的产品——150V耐压产品(第二/三代),内置驱动器和控制器的GaN模块,650V耐压的新封装(TOLL封装)产品等。

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罗姆的核心技术其一是功率电子技术。罗姆专注于发挥各种技术优势的功率元器件以更高效地处理电力。通过SiC开拓半导体的新时代,推出创新型功率元器件,通过Si、GaN等满足不同应用产品需求的材料和元器件结构,支持广泛的应用。罗姆的核心技术其二是模拟技术。使智能设备运行、并实现节能和小型化的关键是模拟IC,罗姆不断发展的创新功率电子技术使精密控制成为可能,提供与时俱进的出色解决方案。罗姆使用独创的无磁性变压器隔离技术,集成电源、温度控制、保护电路等。凭借包括封装在内的独创设计,实现高抗噪音、高可靠性。目前罗姆面向牵引逆变器的隔离栅极驱动器,全球份额位居第一。

罗姆从成立之初就一直专注于电源领域的发展,目前的产品从功率元器件到IC和模块,都可以提供合适的产品助力节能和小型化。功率器件包括SiC MOSFET和SiC SBD等SiC器件、IGBT、SJ-MOSFET、SBD、FRD等Si器件,从2022年开始量产的GaN HEMT,也是为了扩展电源领域产品组合的器件。今后,罗姆会凭借自己的核心技术不断解决各种电源系统难题,持之以恒地为人们丰富多彩的生活和社会的发展与进步提供支持。

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