羅姆推出650VGaN HEMT和柵極驅(qū)動(dòng)器

羅姆面向數(shù)據(jù)中心電源等領(lǐng)域，推出了全新的氮化鎵IC——集成了650VGaN HEMT和柵極驅(qū)動(dòng)器，相比硅器件，這款I(lǐng)C體積縮小了減少99%，功耗降低55%，而且外圍器件也減少大約89%，非常方便易用。

羅姆的EcoGaN究竟是如何做到的？對(duì)此，“行家說(shuō)三代半”采訪了羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司技術(shù)中心副總經(jīng)理周勁。

羅姆ECOGaN：

器件體積減少99%，功耗降低55%

在理想情況下，65%的硅基功率器件應(yīng)用都可以采用氮化鎵進(jìn)行替代，但由于GaN功率器件具有開(kāi)關(guān)速度快、柵極擊穿電壓低、反向續(xù)流損耗大等特點(diǎn)，傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片無(wú)法高效可靠地驅(qū)動(dòng)GaN功率器件。因此，工程師在采用GaN HEMT進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí)并不輕松。

通常GaN Hemt驅(qū)動(dòng)存在2個(gè)難題：驅(qū)動(dòng)電壓低，容易誤啟動(dòng)；柵極耐電壓低，柵極容易損耗，因此需要專門(mén)的驅(qū)動(dòng)器，不僅增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度，也額外增加了系統(tǒng)成本。

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在這種的背景下，周勁告訴“行家說(shuō)三代半”，羅姆通過(guò)結(jié)合自身所擅長(zhǎng)的功率和模擬2種核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出了集650V GaN HEMT和柵極驅(qū)動(dòng)器于一體的Power Stage IC——BM3G0xxMUV-LB，這款產(chǎn)品能夠幫助電源工程師輕輕松松解決GaN器件的應(yīng)用難題。

首先，外圍器件減少89%。

目前市場(chǎng)上的常見(jiàn)GaN Hemt驅(qū)動(dòng)是將柵極驅(qū)動(dòng)電壓精準(zhǔn)控制在6V以下，并通過(guò)增設(shè)電容來(lái)解決過(guò)充的額定電壓。據(jù)周勁介紹，這種方式通常需要外置9顆器件，導(dǎo)致工程師增加了額外的設(shè)計(jì)工作，系統(tǒng)成本也較高。

為解決此問(wèn)題，羅姆透過(guò)獨(dú)家研發(fā)技術(shù)，將GaN的閘極–源極額定電壓提升至8V，此設(shè)計(jì)將既有的額定電壓容限擴(kuò)大一倍，可避免GaN元件受過(guò)充電壓影響，從而強(qiáng)化產(chǎn)品可靠性，而且，羅姆Power Stage IC的外置相關(guān)器件只有1顆，相比其他廠商減少大約88.88%，所以有助于降低設(shè)計(jì)工作負(fù)擔(dān)與電容增設(shè)成本。

其次，與Si MOSFET相比，羅姆Power Stage IC的器件體積可減少約99%，功率損耗可降低約55%，因此可同時(shí)實(shí)現(xiàn)更低損耗和更小體積。

第三，在高功率密度電源系統(tǒng)應(yīng)用中，如何降低系統(tǒng)EMI噪聲和損耗是GaN驅(qū)動(dòng)面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

羅姆半導(dǎo)體采用專用的柵極驅(qū)動(dòng)器，并通過(guò)新增EMI控制、LDO和溫度保護(hù)等新功能，有效降低了dV/dt及開(kāi)關(guān)損耗，并解決了柵極振蕩、誤導(dǎo)通、EMI噪聲等可靠性問(wèn)題。

第四，羅姆的EcoGaN還具有更寬的驅(qū)動(dòng)電壓范圍（2.5V～30V）、啟動(dòng)時(shí)間短、傳輸延遲時(shí)間短等特點(diǎn)，因此能夠很好地支持各種一次側(cè)電源電源，例如反激式、交錯(cuò)式PFC、半橋拓?fù)浜蛨D騰柱PFC等。

羅姆表示，未來(lái)他們內(nèi)置650V GaN Hemt的EcoGaN Power Stage IC的產(chǎn)品陣容還將持續(xù)多大，預(yù)計(jì)2024年Q1推出準(zhǔn)諧振AC-DC產(chǎn)品和功率因數(shù)改善產(chǎn)品，2024年Q2推出半橋GaN產(chǎn)品，從而讓工程師借此縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市步伐。

中國(guó)數(shù)據(jù)中心將增長(zhǎng)70%

能耗或超3個(gè)三峽電站

在人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)拉動(dòng)之下，尤其是ChatGPT的“聲名大噪”，進(jìn)步一推動(dòng)了全球數(shù)據(jù)中心建設(shè)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

以中國(guó)為例，2022年底，全國(guó)在用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架總數(shù)超過(guò)650萬(wàn)架，預(yù)計(jì)2025年機(jī)架總數(shù)將超過(guò)1100萬(wàn)，相比2022年增長(zhǎng)超過(guò)69%。

然而，數(shù)據(jù)中心是能耗大戶——2021年我國(guó)數(shù)據(jù)中心能耗總量為1116億千瓦時(shí)，約等于三峽電站1年的發(fā)電量；預(yù)計(jì)到2030年能耗總量將達(dá)到約3800億千瓦時(shí)，約等于3個(gè)三峽電站的全年發(fā)電量。

為了迫使數(shù)據(jù)中心降低能耗，工信部要求新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心的電能使用效率值達(dá)到1.4以下。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)服務(wù)器中大約有三分之一能量在功率轉(zhuǎn)換中被消耗，目前硅基功率器件特性已接近理論極限，阻礙了服務(wù)器電源系統(tǒng)效率的進(jìn)一步提升，所以亟需向氮化鎵技術(shù)靠攏，以實(shí)現(xiàn)更好的成本效益、能效效益。

據(jù)測(cè)算，氮化鎵功率芯片可以為數(shù)據(jù)中心減少高達(dá)10%的用電量，如果再配合推進(jìn)數(shù)據(jù)中心UPS電源及制冷系統(tǒng)的電源替代，其節(jié)能效果有望達(dá)到20%。

編輯：黃飛