ROHM開發(fā)出可更大程度激發(fā)GaN器件性能的超高速柵極驅(qū)動器IC

全球知名半導(dǎo)體制造商ROHM（總部位于日本京都市）開發(fā)出一款超高速驅(qū)動GaN器件的柵極驅(qū)動器IC“BD2311NVX-LB”。

近年來，在服務(wù)器系統(tǒng)等領(lǐng)域，由于IoT設(shè)備的需求日益增長，電源部分的功率轉(zhuǎn)換效率提升和設(shè)備的小型化已經(jīng)成為重要的社會課題，而這就要求功率元器件的不斷優(yōu)化。另外，不僅在自動駕駛領(lǐng)域，在工業(yè)設(shè)備和社會基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控等領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛的LiDAR*1，也需要通過高速脈沖激光照射來進(jìn)一步提高識別精度。

在這類應(yīng)用中，必須使用高速開關(guān)器件，因此，ROHM在推出支持高速開關(guān)的GaN器件的同時，還開發(fā)出可更大程度地激發(fā)出GaN器件性能的超高速驅(qū)動?xùn)艠O驅(qū)動器IC。不僅如此，ROHM還會不定期推出更小型的WLCSP*2產(chǎn)品，助力應(yīng)用產(chǎn)品的小型化。

新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了納秒（ns）量級的柵極驅(qū)動速度，從而使GaN器件可實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)。之所以能實(shí)現(xiàn)該特性，離不開ROHM對GaN器件的深入研究以及對柵極驅(qū)動器IC性能的追求。通過最小柵極輸入脈寬為1.25納秒的高速開關(guān)，助力應(yīng)用產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)小型化、進(jìn)一步節(jié)能和更高性能。

另外，新產(chǎn)品通過采用ROHM自有的驅(qū)動方式、搭載柵極輸入波形過沖*3（一直以來的難題）抑制功能，可以防止因過電壓輸入而導(dǎo)致的GaN器件故障；通過集成ROHM的EcoGaN?，還可以簡化配套產(chǎn)品的設(shè)計，有助于提高應(yīng)用產(chǎn)品的可靠性。不僅如此，針對多樣化的應(yīng)用需求，還可以通過調(diào)整柵極電阻，來選擇理想的GaN器件。

新產(chǎn)品已于2023年9月開始量產(chǎn)（樣品價格900日元/個，不含稅）。

ROHM擁有有助于節(jié)能和小型化的GaN器件產(chǎn)品陣容——“EcoGaN?”系列產(chǎn)品，未來，ROHM將通過提供與更大程度地激發(fā)出這些GaN器件性能的柵極驅(qū)動器IC相結(jié)合的電源解決方案，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會貢獻(xiàn)力量。

臺灣國立中央大學(xué) 電氣工程專業(yè) 辛裕明 教授

GaN器件有望成為一種在高頻范圍的性能表現(xiàn)優(yōu)于硅器件的產(chǎn)品。在功率開關(guān)應(yīng)用中，特別是在DC-DC和AC-DC轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，GaN器件的高頻特性可提高功率密度，因而有助于實(shí)現(xiàn)更小型、更節(jié)能的電路。

而要想更大程度地發(fā)揮出GaN器件的性能，不僅需要考慮GaN HEMT*4的低驅(qū)動電壓，可實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)的柵極驅(qū)動器IC也是必不可缺的。ROHM致力于通過先進(jìn)的驅(qū)動器驅(qū)動技術(shù)來更大程度地提高GaN器件的性能，這引起了我們的關(guān)注。我與劉宇晨教授（國立臺北科技大學(xué)）和夏勤教授（長庚大學(xué)）合作，對ROHM的柵極驅(qū)動器IC“BD2311NVX”進(jìn)行了測試。

測試結(jié)果證實(shí)，與其他驅(qū)動器IC相比，BD2311NVX在降壓和升壓轉(zhuǎn)換器1MHz開關(guān)頻率下的上升時間更短，開關(guān)噪聲更小。

縮短驅(qū)動器IC的這種上升時間有助于更大程度地發(fā)揮出GaN在降低開關(guān)損耗方面的優(yōu)勢。另外，我們對于在電源和驅(qū)動器等的模擬技術(shù)方面優(yōu)勢顯著的ROHM GaN解決方案也抱有非常高的期望。

＜在LiDAR中的應(yīng)用示意圖＞

＜產(chǎn)品陣容＞

＜應(yīng)用示例＞

?LiDAR（工業(yè)設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控應(yīng)用等）驅(qū)動電路

?數(shù)據(jù)中心、基站等的48V輸入降壓轉(zhuǎn)換器電路

?便攜式設(shè)備的無線供電電路

?D類音頻放大器等

＜參考設(shè)計信息＞

ROHM官網(wǎng)上提供配備新產(chǎn)品、ROHM 150V GaN“EcoGaN?”和高輸出功率激光二極管的LiDAR用參考設(shè)計。通過參考設(shè)計，有助于減少應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)工時。

參考設(shè)計產(chǎn)品型號：REFLD002-1（矩形波型電路）

REFLD002-2（諧振型電路）

＜什么是EcoGaN?＞

EcoGaN?是通過更大程度地發(fā)揮GaN的性能，助力應(yīng)用產(chǎn)品進(jìn)一步節(jié)能和小型化的ROHM GaN器件，該系列產(chǎn)品有助于應(yīng)用產(chǎn)品進(jìn)一步降低功耗、實(shí)現(xiàn)外圍元器件的小型化、減少設(shè)計工時和元器件數(shù)量等。

?EcoGaN?是ROHM Co., Ltd.的商標(biāo)或注冊商標(biāo)。

＜辛裕明教授簡介＞

1965年出生于臺灣臺南。國立中央大學(xué)理學(xué)學(xué)士、國立交通大學(xué)碩士、加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校電氣工程博士?，F(xiàn)任臺灣國立中央大學(xué)（NCU）電氣工程專業(yè)的教授，以及Applied Physics Express(APEX)和Japanese Journal of Applied Physics(JJAP)的海外編輯。研究對象是基于異質(zhì)結(jié)和寬帶隙半導(dǎo)體的元器件和電路開發(fā)。

·個人簡歷

1997年 加入位于新澤西州沃倫縣的Anadigics公司（現(xiàn)為Coherent Corp.）。開發(fā)無線和光纖通信用的GaAs MESFET和pHEMT。

1998年 進(jìn)入國立中央大學(xué)電氣工程系任教。

2004年～2005年 伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校訪問研究員。

2016年～2017年 加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）客座教授。

2019年～2022年 國立中央大學(xué)（NCU）光學(xué)研究中心主任。

＜術(shù)語解說＞

*1）LiDAR

LiDAR是Light Detection And Ranging（激光探測與測距）的縮寫，是使用近紅外光、可見光或紫外光照射對象物，并通過光學(xué)傳感器捕獲其反射光來測量距離的一種遙感（使用傳感器從遠(yuǎn)處進(jìn)行感測）方式。

*2）WLCSP（Wafer Level Chip Scale Package）

一種在整片晶圓上形成引腳并進(jìn)行布線等，然后再切割得到單個成品芯片的超小型封裝形式。與將晶圓切割成單片后通過樹脂模塑形成引腳等的普通封裝形式不同，這種封裝可以做到與內(nèi)部的半導(dǎo)體芯片相同大小，因此可以縮減封裝的尺寸。

*3）過沖

開關(guān)ON/OFF時瞬間產(chǎn)生超出規(guī)定值電壓的現(xiàn)象。

*4) GaN HEMT

GaN（氮化鎵）是一種用于新一代功率元器件的化合物半導(dǎo)體材料。與普通的半導(dǎo)體材料——Si（硅）相比，具有更優(yōu)異的物理性能，目前，因其具有出色的高頻特性，越來越多的應(yīng)用開始采用這種材料。

HEMT是High Electron Mobility Transistor（高電子遷移率晶體管）的英文首字母縮寫。