随着社会对环保和能源效率的关注加剧，氮化镓（GaN）半导体技术正在成为领先科技的焦点。尽管它仍处于早期阶段，但其革命性的潜力预示着电源系统领域的未来。
2023年7月19日，在深圳举行的媒体交流会上，罗姆半导体（上海）有限公司技术中心副总经理周劲向与非网记者分享了最新产品：EcoGaN™ Power Stage IC “BM3G0xxMUV-LB”。同时他也深入剖析了GaN技术的优势，以及罗姆如何利用这些优势打造更高效、更小型的电源解决方案，并展望GaN未来的发展前景。作为全球顶尖的半导体解决方案供应商，罗姆公司致力于不断提升其产品性能和可靠性。不仅在元器件的研发上投入力量，罗姆还积极与行业伙伴建立战略关系，联合推动技术创新，旨在解决社会面临的问题。
相较于碳化硅，氮化镓在中等功率和电压水平的应用上更为突出，且频率较高，应用领域主要为快速充电和小型笔记本电脑，未来可能扩展到车载OBC、数据中心的电源和分布式电源等应用。
氮化镓器件市场的发展，以2020年作为起始节点，从PC和手机的快充领域开始扩展。随着5G和PD适配器的普及，市场需求增加，以硅为基础的器件已不能满足需求，因此大型半导体公司开始研发氮化镓产品。随着电动汽车和工业系统应用的增加，预计2025年之后，氮化镓市场将有较大增长。
目前，快充领域广泛使用氮化镓器件。相比硅器件，氮化镓器件产品体积小、单位功率价格低，集中在小体积、高性价比的产品应用上。随着氮化镓器件的价格下降和技术成熟，其市场份额预计将进一步扩大。
尽管GaN半导体技术仍在早期阶段，但已经吸引了大量公司的目光。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氮化镓器件，该系列产品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。
罗姆最近推出的两款650V EcoGaN™产品——BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，都是深受业界关注的新产品。这两款产品的尺寸均为8×8mm，厚度仅为1mm，使用了VQFN封装。它们不仅能实现类似于DC-DC控制器的驱动电压，而且启动时间大大缩短，传输延迟仅为11纳秒到15纳秒。这得益于GaN本身的高速特性。这两款产品的导通电阻分别为70毫欧和150毫欧，使得它们在开关损耗和器件体积上都有明显的优势。
使用EcoGaN™ Power Stage IC的优势
此外，罗姆公司的GaN技术能够大幅降低功耗。在一些导通损耗对性能影响较小的应用中，罗姆的GaN设备的功耗甚至可以比Si MOSFET单体减少55%。这对于需要大功率和长时间运行的设备来说，是一个巨大的优势。另外，罗姆的GaN技术还可以支持各种一次侧电源电路，其驱动的范围宽、启动时间短，可以应用在各种AC-DC电路中。这使得罗姆的GaN设备在功率转换和管理领域有更广泛的应用可能。
在开发这些高性能设备的同时，罗姆还致力于简化设计和制造过程。其GaN产品只需要一个外置器件，大大简化了外围电路的设计。这不仅降低了设计难度，也使得罗姆的GaN设备更适合于小型化的应用。同时，罗姆公司还在芯片内部添加了EMI控制，以优化驱动波形，提高设备的稳定性和可靠性。
支持各种一次侧电源电路
首先，罗姆的新产品支持各种一次侧电源电路，这使得它们能够广泛应用于各种AC-DC电路中。这是由于它们具有宽泛的驱动范围和短启动时间。对于AC-DC电路而言，罗姆的新产品能够大大简化设计过程，同时减少了传输延迟时间。不论是反激式、半桥、交错式还是图腾电路，都能够使用罗姆的新型Power Stage IC。这使得罗姆的新产品在电源管理和转换方面有更广泛的应用可能。
功耗优势
其次，罗姆的新产品在功耗方面也有显著的改进。在许多情况下，功耗甚至可以比Si MOSFET单体减少55%。这一改进不仅减轻了设备的热负荷，同时也延长了设备的使用寿命。与此同时，即使在导通损耗对性能影响较小的应用中，罗姆的新产品也能够做到比普通产品减少约20%的功耗。这一点对于那些需要长时间运行或者电能有限的应用来说，是一个很大的优势。
小型化特点
罗姆的新产品还具有显著的小型化优势。在同等性能的设备中，罗姆的新产品可以显著减少元器件的数量。例如，普通产品需要9个相关元器件，而罗姆的新产品则只需要1个外置器件。这一点不仅简化了设计过程，而且也大大减少了设备的体积和重量，使得罗姆的新产品更适合于小型化的应用。
此外，罗姆的新产品在内部设计上也有很多优点。例如，内置的栅极驱动器，具有电压范围接口，可以使驱动电压要求达到5V到30V。这使得罗姆的新产品能够在更宽的工作电压范围内运行，同时也简化了设备的驱动电路设计。另外，罗姆的新产品还采用了EMI控制技术，优化了驱动的波形，不影响速度的情况下，能够控制EMI，提高设备的稳定性和可靠性。
总的来说，罗姆的新产品集多种优点于一身，提供了一种高效、紧凑、可靠的电源解决方案。无论是在性能、设计还是制造方面，罗姆的新产品都展示了GaN技术的巨大潜力。我们有理由期待罗姆公司会继续推出更多的创新产品，为电子设备提供更高效、更环保的电源解决方案。
首先，随着GaN器件的发展，我们可以预见到在未来几年中将有更多的产品采用这项技术。目前，罗姆已经成功推出了两款新产品，分别是BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，导通电阻分别是70毫欧和150毫欧。与此同时，罗姆还备有三款评估板，可以方便地移植到客户现有的方案进行测试。这些新产品和评估板无疑将大大加速GaN技术在电源管理和转换应用中的普及。
其次，GaN器件的技术进步也将推动其在新的应用领域的发展。例如，目前罗姆已经在2023年4月开始量产650V耐压产品，并在今后计划进一步改进驱动技术和控制技术。罗姆公司计划在2024年第一季度量产准偕振AC-DC+GaN的器件和功率因数改善+GaN的器件，而半桥+GaN的器件则预计在2024年第二季度量产。这些新的技术和产品将进一步扩大GaN器件在电源管理和转换领域的应用范围。
罗姆氮化镓产品路线图
然而，尽管GaN技术的前景光明，但其发展过程中也可能会遇到一些挑战。例如，高速电路的电磁干扰（EMI）控制是一个较大的挑战，这需要开发新的技术来优化驱动波形，以控制EMI，同时不影响速度。此外，制造工艺的改进也是一个重要的任务，需要不断优化以减少成本，提高产量。
总的来说，罗姆的GaN解决方案是电力系统领域的一次重大突破。它们不仅能提高设备的效率和可靠性，还能帮助简化系统的设计和制造。我们有理由相信，随着技术的不断进步和市场需求的不断增长，氮化镓的未来将是光明的。从长期来看，我们可以期待GaN技术在更广泛的应用领域发挥重要作用，如更高效的电源管理、更环保的能源利用、更小型化的电子设备等等。我们期待罗姆作为氮化镓技术的领军者，将继续引领这个领域的发展，推出更多创新的产品，满足市场的需求。
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