应用需求升级，100V GaN市场爆发？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）近年来随着AI以及电动汽车的热潮，在数据中心电源以及汽车低压系统中，都开始进入技术升级。
 
数据中心单机架的功率不断提高，数据中心的次级端，机架的配电系统设计电压从12V往48V升级；而电动汽车的低压系统，随着电动化的发展，车载电器功率越来越大，因此也正在从12V往48V发展。
 
而为了应对这些应用的需求升级，100V GaN越来越受到关注。
 
100V GaN应用优势
 
以数据中心为例，在AI算力需求越来越大的今天，GPU等AI算力硬件的功率也越来越高，这给数据中心机架的电源带来了压力，需要在保持尺寸的同时，大幅提高功率密度，才能支撑更高性能的AI算力硬件运行。
 
根据IEA的预测，2022年全球数据中心、加密货币、AI等电力需求共消耗460TWh，占到全球用电总量的2%。随着AI的训练需求爆发，数据中心持续扩张，到2026年的全球相关电力需求可能将高达1050TWh。
 
在数据中心电源中，首先是由于功率提高，48V较高电压相比12V能够降低线损，同时降低线束使用量，相对也就降低电源成本。
 
其次是功率提高之后，机架有限空间内要兼容以往的模块化电源设备，就需要在不增大尺寸的情况下，提高电源功率密度。
 
在汽车应用中，由于车载电器的功率不断提高，车载低压系统、包括BMS等也正在从12V往48V发展。提升系统电压的好处，与数据中心类似，包括能够降低损耗，提高电力利用效率，减少线束使用量等。
 
因此，GaN显然是一个能够适配这些应用新需求的解决方案。GaN功率器件的高频特性，可以减少变压器和电感等磁性元件的尺寸，提高电源的功率密度；同时GaN器件也有助于降低系统的EMI，提高电源稳定性和功率密度。
 
所以我们看到，在不少48V系统中，都是用到100V GaN器件作为电源部分的核心器件之一。
 
当然，100V GaN器件的应用场景远不止在数据中心以及汽车低压系统上，另外工业电源（包括太阳能微型逆变器）、激光雷达、电机驱动等都可以应用到100V GaN FET。
 
各大厂商推出的100V GaN产品
 
最近，TI就面向数据中心、光伏和车载市场推出了100V的集成驱动GaN芯片，包括LMG2100R044 和 LMG3100R017。两款产品均采用QFN封装，TI在功率GaN领域基本上都是以集成化的产品推出，不会只单独推出单管。比如这次推出的两款功率GaN芯片就集成了驱动，这种做法好处是减少外围组件，在方案设计中能够降低设计难度，同时减少主板尺寸。
 
其中LMG2100R044是半桥模块，LMG3100R017是单管GaN集成驱动。LMG2100R044包含两个100V  GaN FET，由采用半桥配置的同一高频 80V GaN FET 驱动器进行驱动，支持 3.3V、5V 和 12V 输入逻辑电平。
 
LMG3100R017集成了100V 1.7mΩ GaN FET 和驱动器，集成了高侧电平转换和自举，支持 3.3V 和 5V 输入逻辑电平，同时两个LGM3100可构成一个半桥，无需额外的电平转换器。
 
已被英飞凌收购的GaN Systems，在2018年之前就已经推出了100V GaN产品，比如GS61008T。GS61008T是一款硅基GaN HEMT，规格为100V/90A  7 mΩ，顶部冷却支持大功率应用，能够适用于储能、UPS、工业电机驱动、机器人、D类音频放大器等。
 
国内功率GaN龙头英诺赛科在去年也推出100V/75A 13.5mΩ的车规GaN器件INN100W135A-Q，该器件通过AEC-Q101认证，具有极低的栅极电荷和零反向恢复充电电荷，采用超小封装 WLCSP 2.13mm x 1.63mm，可应用于激光雷达、高功率密度DC-DC变换器、D类音频放大器、高强度前照灯等。
 
氮矽科技去年推出了一款驱动集成的低压GaN芯片DXC6010S1C，规格为100V/35A  12mΩ，内部集成了一颗增强型低压硅基GaN和单通道高速驱动器。输入电压范围为±18V，兼容所有传统硅控制器，并有效减少了寄生电感，简化了功率路径设计，适用于微型逆变器、数据中心电源、USB PD3.1快充、D类音频放大器、电机驱动器等。
 
小结：
 
随着数据中心、汽车等应用的爆发，100V GaN有机会成为新的GaN市场增长点，市场上相关产品相信会陆续跟进。