罗姆进军650V氮化镓，发布EcoGaN Power Stage IC！集成GaN HEMT和栅极驱动器

氮化镓功率器件多用于充电器领域，出货量很大。并陆续扩展到车载OBC、数据中心的电源、分布式电源等应用。最近罗姆发布EcoGaN™ Power Stage IC “BM3G0xxMUV-LB”。该产品可以替代现有的Si MOSFET，器件体积减少99%，功率损耗降低55%，可应用于服务器和AC适配器等。在罗姆半导体的媒体交流上，罗姆技术高管分享了罗姆氮化镓新产品的特点和对氮化镓市场的预期。
 
罗姆半导体(上海)有限公司技术中心High Power Solution部门负责人周劲介绍，与硅相比，氮化镓的禁带宽度、击穿场强、电子饱和速度高出三倍左右，具有更优异的物理性能，特别是在高频率工作、高速开关的状态下，比硅甚至碳化硅都有更好的表现。HEMT指高电子迁移率晶体管，具有平面结构，用来控制器件开关，GaN HEMT的开关速度非常高。
 
周劲解析，氮化镓的使用通常会面临两个问题，一是驱动电压（Vth）比较低，通常是1.5到1.8V左右，有噪音的时候会误开启，即便不一定坏，但会导致损耗比较高。
 
二是栅极耐压比较低，通常氮化镓器件的标定是5V驱动电压，4.5V以下可以导通但不彻底，到了6V以上则面临栅极损坏的风险。最佳驱动电压范围窄，栅极处理起来很难。氮化镓器件通常工作在很高的频率，噪音和脉冲情况都比较复杂，通常必须与专门的驱动电路或者驱动器配合使用，但是这样外置元器件数量多，通路的寄生参数的影响在工作的200K以上或者是1兆更高，这种寄生参数影响就越来越明显。
 
罗姆新推出的Power Stage IC，将栅极驱动器和GaN HEMT一体化封装，可轻松替代Si MOSFET。这两者将FET性能最大化，GnA决定效率值，组合在一起实现高速开关，更加充分地发挥氮化镓器件的性能。
 

 
相比Si MOSFET，开关损耗大幅度降低，外围电路更简单，仅需一个外置器件，另外，相比Si MOSFET+散热片，器件体积显著减小。 有助于应用产品的小型化。
 

 
新产品为VQFN封装，8×8mm，厚度是1毫米的IC，一体化的封装，驱动电压可实现跟现在的DC-DC控制器一样的水准，启动时间也大幅缩短，传输延迟11纳秒到15纳秒，这个是基于氮化镓本身的高速特性。
 
从产品的框图来看，栅极驱动器内置电压范围接口，通过这个接口使原来的很窄的驱动电压要求可以达到5V到30V，罗姆发挥在模拟方面的技术优势，加入Power GaN的系列，丰富了产品阵容。
 

 
同时，芯片内置EMI控制，优化驱动的波形，在不影响速度的情况下，能够控制EMI，还有相应的电源、温度保护等等电路。在把这款氮化镓器件替代到现有方案中时，不需要大幅调整驱动电压，不用担心噪声影响，从而简化设计工程师的工作。
 
该产品支持各种一次侧电源电路。可以应用在各种AC-DC的电路中，包括反激式、半桥、交错式和图腾等，驱动范围宽、启动时间短，传输延迟时间短，整个环路等的设计更简单。
 
新产品目前有两款，包括BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，导通电阻分别是70毫欧和150毫欧。此外，还备有三款评估板，一款是BM3G007MUV-EVK-002，用来评估芯片的整体方案性能，另外两款BM3G007MUV-EVK-003和BM3G015MUV-EVK-003，可移植到客户现有方案进行测试。
 

 
罗姆自2006年开始研发氮化镓相关产品，在2021年确立150V GaN器件技术，普通氮化镓产品是6V耐压，罗姆产品可以做到8V。
 
2023年4月开始量产650V耐压产品，此次又发布650V Power Stage IC。今后还将不断改进驱动技术和控制技术，与EcoGaN系列GaN器件相结合，便于客户选择。
 
另外，Power Stage IC的下一代产品，准偕振AC-DC+GaN的器件预计在2024年一季度量产，功率因数改善+GaN的器件也是2024年第一季度量产，半桥+GaN的器件预计在2024年第二季度量产。
 
如今随着快充的广泛应用，氮化镓的成本也随之下降。预计在工业系统应用、新能源气汽车等应用的推动下，2025年后氮化镓将迎来下一波增长。而罗姆也将不断扩充氮化镓产品线，满足市场所需。