用于功率轉(zhuǎn)換的 GaN 技術(shù)第一部分，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)介紹

從家用電器、筆記本電腦和數(shù)據(jù)中心到電動(dòng)汽車，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是每個(gè)電子設(shè)備的核心。在這個(gè)與 Wise-Integration 首席執(zhí)行官 Thierry Bouchet 的播客中，我們將發(fā)現(xiàn) GaN 在電源轉(zhuǎn)換解決方案中的優(yōu)勢(shì)。Wise-Integration 是 CEA-LETI 的衍生公司，是一家從臺(tái)積電開(kāi)發(fā) GaN 集成解決方案的公司，以使電源小型化并提高能源效率。

電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是每個(gè)電子設(shè)備的核心，從家用電器到筆記本電腦再到數(shù)據(jù)中心，還有電動(dòng)汽車。隨著硅基 MOSFET 和功率器件接近其物理極限，功率工程師已開(kāi)始轉(zhuǎn)向氮化鎵來(lái)提高性能并減小整體解決方案尺寸。為了實(shí)現(xiàn)更小的外形尺寸和更高的效率，越來(lái)越多的電源設(shè)計(jì)人員正在使用基于 GaN 的晶體管而不是基于硅的器件。

因此，作為一種材料，GaN 在許多電源應(yīng)用中似乎比硅具有顯著的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。它不是新的，并且已經(jīng)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多年。然而，對(duì)于幾乎所有涉及模擬世界的事物，尤其是如我所提到的，在電源方面，它似乎是一種自然的技術(shù)。那么，考慮到它的優(yōu)勢(shì)，為什么它沒(méi)有像您預(yù)期的那樣深入市場(chǎng)呢?GaN 現(xiàn)在在哪里贏得業(yè)務(wù)?

所以今天，我認(rèn)為與往常一樣，當(dāng)您引入一項(xiàng)新技術(shù)時(shí)，主要是針對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)，這需要時(shí)間。如果您正在尋找碳化硅滲透市場(chǎng)和市場(chǎng)，則始終需要 10 年的工作時(shí)間才能獲得資格并生產(chǎn)該技術(shù)。而對(duì)于 GaN，情況就不一樣了，因?yàn)樵诩夹g(shù)層面上管理 GaN 更容易，因?yàn)樗且环N與 CMOS 兼容的技術(shù)。但是，獲得資格并達(dá)到良好的成熟度總是需要時(shí)間。

因此，事實(shí)上，這需要比預(yù)期更多的時(shí)間，主要是將您的技術(shù)置于量產(chǎn)水平，因?yàn)閷?duì)于許多提供 GaN 解決方案的代工廠來(lái)說(shuō)，該案例仍處于家庭階段。因此，這意味著我們需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一些認(rèn)證，以便為客戶提供良好的成熟度。所以這需要時(shí)間。所以這就是為什么現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)失去了四到五年的宣傳來(lái)解釋技術(shù)的好處，解釋它也是強(qiáng)大的技術(shù)。

所以今天，GaN 滲透到消費(fèi)市場(chǎng)，因?yàn)樗钦故?GaN 作為量產(chǎn)技術(shù)能力的最佳方式。而且在產(chǎn)品資質(zhì)方面也更容易從消費(fèi)市場(chǎng)入手。

因此，就 GaN 技術(shù)的挑戰(zhàn)而言，您還提到了一些市場(chǎng)。那么GaN技術(shù)面臨哪些重大挑戰(zhàn)?例如，在 GaN 方面是否存在一些技術(shù)限制的問(wèn)題?

是的。因此，GaN 技術(shù)是在與 CMOS 兼容的工藝上完成的，但您只有 NMOS 作為功能可用。所以不可能像我們?cè)诠杵夏菢幼鲆粋€(gè)復(fù)雜的邏輯函數(shù)。因此，這意味著使用 GaN 進(jìn)行集成并不像使用硅那樣容易。因此這是一個(gè)限制，因?yàn)轭A(yù)計(jì) GaN 將挑戰(zhàn)中壓硅。GaN 的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是它是一種橫向器件。因此，您可以進(jìn)行單片集成，將驅(qū)動(dòng)器、保護(hù)以及許多功率晶體管集成在同一個(gè)芯片中。

而今天，由于我們只有 NMOS 可用，它受到了限制;我們沒(méi)有 PMOS 功能。所以不可能像我們用硅做的那樣制造一個(gè)完整的 CMOS 器件。

例如，GaN 主要用于電動(dòng)汽車車載電源的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，但也用于該市場(chǎng)的其他電源。因此，GaN 提高了效率并減小了尺寸，尤其是在 48-V 總線系統(tǒng)中，尤其是在汽車中越來(lái)越多地使用該系統(tǒng)。因此，有幾個(gè) GaN 器件概念。你能告訴我你的考慮嗎?你能告訴我你的發(fā)展方向是什么嗎?

事實(shí)上，您可以將 GaN 主要用于連接到電網(wǎng)的所有應(yīng)用，例如接近 230 V 或 110 [V]。因?yàn)榫?GaN 本征材料能力而言，使用 GaN 是最佳配置。但它在 DC/DC 應(yīng)用的低電壓下也很有趣，因此您適合 LiDAR 的汽車應(yīng)用。這一切都非常有趣，但我認(rèn)為它不那么有趣，因?yàn)椴牧系哪芰Σ⒉槐裙韬枚嗌?。您唯一可以管理并且可以擁有的?GaN 的側(cè)向開(kāi)關(guān)功能，當(dāng)您使用在高頻下工作的系統(tǒng)時(shí)，它可以提高低壓下的性能。

因此，Wise-Integration 主要專注于 650V 技術(shù)，適用于所有 AC-DC 應(yīng)用和許多電源。因?yàn)槲覀冋J(rèn)為這是 GaN 在系統(tǒng)級(jí)發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)的最佳場(chǎng)所。因此，對(duì)客戶而言，優(yōu)勢(shì)也是尺寸減小、功率密度的提高以及改進(jìn)的能力。所以它是一種更好的材料，因?yàn)榻裉欤?a href="/tags/GaN" target="_blank">GaN 在成本方面是硅的一個(gè)很好的挑戰(zhàn)者。在不久的將來(lái)，我們可以估計(jì)它可能會(huì)更便宜，并且隨著您減少系統(tǒng)內(nèi)的無(wú)源器件數(shù)量，增加頻率，您可以想象，您可以將目標(biāo)定為可以減少物料清單系統(tǒng)。因此，當(dāng)您使用 AC-DC 轉(zhuǎn)換器時(shí)，情況確實(shí)如此。