随着电动车产业进入快速发展期，对关键半导体组件的需求可能也会增加，和GaN供应商的策略伙伴关系也变得更为重要。
加拿大业者GaN Systems宣布与德国汽车大厂BMW已就确保氮化镓(GaN)晶体管产能达成协议，其产量预期能确保该车厂的供应链稳定；该公司首席执行官Jim Witham在接受访问时表示，GaN Systems将会为多种应用提供一系列产能。
电动车(EV)产业持续面临两大挑战：价格和续航力；后者被认为是电动车获得全面采用的最重要因素。整合动力传动系统并采用宽能隙半导体──即GaN与碳化硅(SiC)，是目前用以降低电动车系统成本并提高效率的方法之一；藉由提高开关频率及利用宽能隙半导体的其他优点，能让电动车使用的零件小型化，同时提升散热性能。
氮化镓技术目的在提高关键电动车应用的效率及功率密度。Witham表示：“GaN能被导入广泛的电动车应用设计中，涵盖车载电池充电器、DC/DC转换器到牵引逆变器(traction inverter)、无线电力传输、激光雷达(LiDAR)，以及12V音频放大器等应用。”
GaN功率组件发展蓝图。(数据源：Yole)
GaN功率半导体组件正成为下一代高性能电动车的关键元素，可实现车体轻量化以及系统效率的提升；这些因素能够解决对电动车续航力的疑虑。Witham在一份新闻声明中表示，该公司与BMW签署的合约价值高达数亿美元，说明车厂对投入创新技术及永续性的专注程度。与BMW的合作也突显了宽能隙半导体技术的进展，尤其是DC/DC转换器和驱动逆变器变得愈来愈轻巧且便宜。
Witham宣称：“GaN让工程师能打造出比硅轻巧四倍、能耗少四倍的功率电子系统；”相关优势包括零反向恢复，能够提供电池充电器和牵引逆变器更少的开关损耗、更高的频率以及更快的开关速度。此外，降低开关切换损耗，有助于减少像是电动车充电器和逆变器应用中的电容器、电感器以及变压器的重量和体积。
该公司表示，这些优点能够将车载电池充电器的尺寸缩小25%，将牵引逆变器的功率损耗减少超过70%，同时以更轻而小巧的DC/DC转换器将功率转换损耗减半。
电动车对GaN的需求
随着电动车产业进入快速发展期，对关键半导体组件的需求可能也会增加，和GaN供应商的策略伙伴关系也变得更为重要。
GaN的能隙为3.2电子伏特(eV)，大约是硅(1.1eV)的三倍，这代表要在一个硅半导体的传导带激发一个价电子，会需要更多的能量。GaN半导体表现出比硅还要高1,000倍的电子迁移率，也就是它们流动得更快，能够提供更好的效率。其结果之一是更佳的散热管理，以及规模更小且较不昂贵的冷却机制。
“电气化是汽车产业迈向未来的发展之路，而要扩大整个生态系统，需要做的事情还有很多；”Witham表示：“要让电动车被大规模采用，像是降低售价、缩短充电时间、延长行车里程以及增加电动车充电基础设施网络等等，都是必须解决的问题。”
Witham补充，GaN技术宣称能够解决尺寸与重量的限制，并在提高功率和效率下，也同时减少组件数量。这些特性能够帮助降低电动车的成本，同时提高功率密度、减轻汽车重量并延长行车里程。
根据产业分析，锂离子电池在电动车售价占据的比重高达30%；支持者表示，基于GaN的组件能够帮助降低该成本。举例来说，相较目前电动车使用的传统绝缘栅极双极晶体管(IGBT)组件逆变器，GaN逆变器能够提升多达70%的效率。
其结果将能够透过更小且更轻的充电器、牵引逆变器以及DC/DC转换器，帮助从目前的电池容量挤出更长的行车里程，且同时简化组件封装。
本文同步刊登于《电子工程专辑》台湾版杂志2021年11月刊
(参考原文：BMW Secures Supply Chain with GaN Capacity Deal，By Maurizio Di Paolo Emilio)
责编：Luffy Liu
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