氮化镓助力，电源管理迎大变革

导读：在全球追求产品效能的大背景下，传统硅功率半导体，正逐渐面临发展瓶颈，而具有比硅更低导通电阻及更高切换速度的氮化镓近几年成为众所瞩目的焦点。电源领域是目前氮化镓功率器件最大的应用市场，电源管理市场将迎来大变革时代。

氮化镓功率器件市场

相比于传统半导体材料，氮化镓（GaN）作为第三代半导体材料，具有宽带隙、直接带隙、高电子漂移速度、高热导率、耐高电压、耐高温、抗腐蚀、抗辐射等突出优点，在制作高温、大功率、高频和抗辐照电子器件方面具有得天独厚的优势。

和巨大的硅基半导体市场（2017年预计将突破4000亿美元大关）对比，氮化镓功率器件市场显得很小。

2011年氮化镓功率元件，全球市场只有原国际整流器公司（IR）（现已被Infineon 收购）与宜普电源转换（EPC）两家产品在售，应用市场主要在通讯和消费市场如服务器、交换机等，产值不到250万美元。而2015-2016年，氮化镓（GaN）功率器件市场一直保持增长势头，到2016年时，终端用户不仅可以从宜普电源转换公司购买到低压（小于200V）氮化镓器件，也可以从Transphorm、GaN Systems和Panasonic等公司购买到高压（600V / 650V）氮化镓器件。

根据分析机构调研数据，2015年，氮化镓功率器件市场低于1000万美元，预计氮化镓功率器件市场将在2021年达到3亿美元，2016-2021年的复合年增长率为86%。

氮化镓功率器件优势

氮化镓功率器件在性能、效率、能耗、尺寸等多方面比市场主流的硅功率器件均有显著数量级的提升。例如，相比主流的硅基MOSFET、IGBT，氮化镓功率器件的开关频率可以高出1000倍；能量损耗可以降低50%-90%；每瓦尺寸和重量降至原先的1/4，系统成本可以大幅降低。

氮化镓功率器件的应用分为两大块，一是通讯微波的功率放大，二是电源管理，而且电源管理市场相当庞大，小从LED灯泡内的电源模块，大到手机、笔记本电脑、家电甚至电动车的电源。

电源领域也是目前最大的应用市场，高压和低压氮化镓功率器件为交流-直流（AC-DC）、隔离型直流（isolated DC-DC）、负载点（point of load）功能带来附加值。

对于低压氮化镓功率器件，市场也相当有前途：随着不同的无线充电标准发展，如Qi和AirFuel，氮化镓电源多模器件可以方便地为系统集成商所用。

氮化镓功率IC脱颖而出

氮化镓功率器件市场即将成为一个快速增长的领域，越来越多的厂商正在进入或考虑进入该市场。其中包括类似Navitas Semiconductors的初创公司，也包括成熟的半导体厂商，如On Semiconductors、Dialog Semiconductors、Alpha和Omega等。

氮化镓功率器件可以实现比硅快100倍的开关速度。但驱动，控制和保护这样的高速器件已成为行业的挑战从而使其应用受到限制。Navitas通过将这些关键的数字和模拟电路与氮化镓功率器件单片集成，这些系统问题已被解除。

Navitas 推出氮化镓功率IC NV6250，它具有iDrive驱动技术，保证了在各种应用情况下开关性能得到优化。一个工作频率提高10-100倍，效率同时提升的电源系统可以将功率密度提高5倍和将系统成本降低20％。

NV6250适合用于20W至30W的智能手机快速充电器，平板电脑，IoT，可穿戴设备等的外部适配器。Navitas还计划推出65W ACF 半桥氮化镓IC，可用在200WLLC拓扑中。除此之外，Navitas的这项技术还可以用在笔记本充电器，OLED电视， LED照明，太阳能逆变器，无线充电设备和数据中心，电动汽车电源上。

近年来，手机快充技术不断发展，已成为智能手机标配，而促进其普及的重要推手也是氮化镓功率器件。

为了缩短电池充电时间，缩小快充装置，充电器制造商必须改用氮化镓功率器件来实现产品设计。Dialog与台积电合作，利用台积电标准化的650V硅上氮化镓（GaN-On-Silicon）制程技术，针对消费性市场推出可大规模量产的解决方案。

Dialog推出氮化镓功率IC DA8801，它结合Dialog的专利数位快速充电（Rapid Charge）电源转换控制器，能实现更佳效率、更小体积、更高功率密度的转接器。Dialog的氮化镓解决方案初期将瞄准智慧型手机及运算装置的快速充电转接器市场，目前Dialog的电源转换控制器在这个市场的市占率已有七成以上。

Dialog的DA8801半桥式设计整合了多建构区块，例如闸驱动及位准转换电路，以及650V电源开关，能提供最佳化解决方案，能使电源损失降低至50%，电源效率达94%。此产品能无缝实现氮化镓技术，不需复杂电路来驱动离散式氮化镓电源开关。 此一新技术也能让功率电子产品的尺寸缩减达50%，今日常见的45瓦转接器设计便可装进25瓦或更小的外型，创造出真正通用的行动装置充电器。

小结：氮化镓技术能带来全世界最快速的电晶体，是高频及超高效率电源转换的核心，随着氮化镓技术不断突破，电源产业将迎来技术的大革命。