氮化镓上车,进行到哪一步了?

DT半导体材料 2024-05-08 20:10
     氮化镓“上车”节点的到来,是近了还是远了?
近来,充电更快、体积更小、更安全的氮化镓(GaN)手机充电器横空出世并悄然走红,直播一姐薇娅的带货也让不少消费者了解到了这一新技术。
据了解,氮化镓在通信、工业、电子领域大有用武之地。新能源汽车时代滚滚而来,半导体器件的市场需求将持续增长,氮化镓将在汽车电气化应用中发挥关键作用。
来自IHS公司的数据显示,预计在2021~2027年间,氮化镓功率器件市场复合增速高达30%,到2027年产值预计超过10亿美元,未来发展潜力巨大。

同时,业界认为,氮化镓商业化得最好的应用是消费电子快充赛道,另外在数据中心的应用逐渐开始起来,但在电动汽车上的应用目前还处于发展阶段。

在2019东京车展上,丰田汽车曾展出一款与他方共同研发的all-GaN概念车。据介绍,该款车配装使用氮化镓元器件的高效逆变器,能使二氧化碳减排至少20%。

随着电动化、智能化的发展,今天的汽车比以往任何时候都集成了更多的电力系统。据介绍,氮化镓将在新能源汽车领域开启新天地主要有三种应用:车载充电器,用于给高压电池充电;DC/DC转换器,将来自高压电池的电力转换给汽车上其他电子设备;牵引驱动或电机控制,可以用于驱动电机。目前,氮化镓在汽车上的应用,主要还是在于座舱内快充以及激光雷达等场景。

     行业各大头部企业已经尝试!

2023年,英诺赛科研发了全球首款用于车载激光雷达的氮化镓芯片,从工业级应用进军到车规级应用,该芯片已在头部车企的激光雷达中实现量产,并成功进入终端市场。

GaN Systems此前就推出了11kW/800V 氮化镓车载充电器设计,在系统尺寸、功率密度、成本效益、能源效率、热性能及碳足迹等各方面的优化。

Transphorm总裁兼CEO Primit Parikh博士曾表示,氮化镓将于2024年应用于电动汽车,首先是2轮和3轮的电动车辆,然后是4轮的电动汽车,尤其是电动车的充电应用。

2021年3月,安世半导体与联合汽车电子(UAES)也达成合作,双方将在车载充电器、高压DC-DC直流转换器等项目中开展研发合作;另外也与上海电驱动的合作;同时,安世半导体在2020 年就与里卡多(Ricardo)合作开发了基于 GaN 的 EV 逆变器设计。

以色列的 VisIC Technologies 与德国汽车供应商 ZF 合作开发用于 400 V 传动系统应用的 GaN 半导体;紧接着,2021年12月,VisIC已开始和汽车动力总成技术公司hofer powertrain共同开发用于 800V汽车应用的氮化镓逆变器;2023年9月,VisIC又与化合物半导体材料供应商IQE合作开发用于电动汽车逆变器的高可靠性D型GaN功率产品。

目前,一些厂商在致力于开发用于汽车主逆变器的氮化镓功率元件,不过氮化镓的汽车应用目前还是处于一个早期的阶段,预计到2025年左右,会小批量地渗透到低功率的OBC和DC-DC中,再远到2030年,OEM或考虑将氮化镓引入到逆变器。


     实现车规级仍是主要挑战


一些半导体制造商已开始开发氮化镓产品,但问题也凸显出来,如果要进一步普及,必须从用户的角度来思考问题。


氮化镓处于众多行业趋势的交汇点,而目前的主要挑战是如何将能够发挥出该技术潜力优秀的产品推向市场。据了解,首先,德州仪器目前正将氮化镓从一种研究技术转化为一种真正的产品,并与行业标准化组织合作,开发测试氮化镓的可靠性方法,用来检测其特有的故障机制,以便客户可以安心地使用该项技术。


终极挑战则是为每个不同的市场和终端,提供氮化镓解决方案。相比其他市场,汽车市场一直是独一无二的。正是汽车行业严格的质量标准,需要行业设计更安全、更可靠的集成自我保护功能,如温度监测、过流保护、短路保护等。


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