羅姆進(jìn)軍650V氮化鎵，發(fā)布EcoGaN Power Stage IC！集成GaN HEMT和柵極驅(qū)動(dòng)器

氮化鎵功率器件多用于充電器領(lǐng)域，出貨量很大。并陸續(xù)擴(kuò)展到車(chē)載OBC、數(shù)據(jù)中心的電源、分布式電源等應(yīng)用。最近羅姆發(fā)布EcoGaN? Power Stage IC “BM3G0xxMUV-LB”。該產(chǎn)品可以替代現(xiàn)有的Si MOSFET，器件體積減少99%，功率損耗降低55%，可應(yīng)用于服務(wù)器和AC適配器等。在羅姆半導(dǎo)體的媒體交流上，羅姆技術(shù)高管分享了羅姆氮化鎵新產(chǎn)品的特點(diǎn)和對(duì)氮化鎵市場(chǎng)的預(yù)期。

羅姆半導(dǎo)體(上海)有限公司技術(shù)中心High Power Solution部門(mén)負(fù)責(zé)人周勁介紹，與硅相比，氮化鎵的禁帶寬度、擊穿場(chǎng)強(qiáng)、電子飽和速度高出三倍左右，具有更優(yōu)異的物理性能，特別是在高頻率工作、高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下，比硅甚至碳化硅都有更好的表現(xiàn)。HEMT指高電子遷移率晶體管，具有平面結(jié)構(gòu)，用來(lái)控制器件開(kāi)關(guān)，GaN HEMT的開(kāi)關(guān)速度非常高。

周勁解析，氮化鎵的使用通常會(huì)面臨兩個(gè)問(wèn)題，一是驅(qū)動(dòng)電壓（Vth）比較低，通常是1.5到1.8V左右，有噪音的時(shí)候會(huì)誤開(kāi)啟，即便不一定壞，但會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗比較高。

二是柵極耐壓比較低，通常氮化鎵器件的標(biāo)定是5V驅(qū)動(dòng)電壓，4.5V以下可以導(dǎo)通但不徹底，到了6V以上則面臨柵極損壞的風(fēng)險(xiǎn)。最佳驅(qū)動(dòng)電壓范圍窄，柵極處理起來(lái)很難。氮化鎵器件通常工作在很高的頻率，噪音和脈沖情況都比較復(fù)雜，通常必須與專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路或者驅(qū)動(dòng)器配合使用，但是這樣外置元器件數(shù)量多，通路的寄生參數(shù)的影響在工作的200K以上或者是1兆更高，這種寄生參數(shù)影響就越來(lái)越明顯。

羅姆新推出的Power Stage IC，將柵極驅(qū)動(dòng)器和GaN HEMT一體化封裝，可輕松替代Si MOSFET。這兩者將FET性能最大化，GnA決定效率值，組合在一起實(shí)現(xiàn)高速開(kāi)關(guān)，更加充分地發(fā)揮氮化鎵器件的性能。



相比Si MOSFET，開(kāi)關(guān)損耗大幅度降低，外圍電路更簡(jiǎn)單，僅需一個(gè)外置器件，另外，相比Si MOSFET+散熱片，器件體積顯著減小。 有助于應(yīng)用產(chǎn)品的小型化。



新產(chǎn)品為VQFN封裝，8×8mm，厚度是1毫米的IC，一體化的封裝，驅(qū)動(dòng)電壓可實(shí)現(xiàn)跟現(xiàn)在的DC-DC控制器一樣的水準(zhǔn)，啟動(dòng)時(shí)間也大幅縮短，傳輸延遲11納秒到15納秒，這個(gè)是基于氮化鎵本身的高速特性。

從產(chǎn)品的框圖來(lái)看，柵極驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置電壓范圍接口，通過(guò)這個(gè)接口使原來(lái)的很窄的驅(qū)動(dòng)電壓要求可以達(dá)到5V到30V，羅姆發(fā)揮在模擬方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加入Power GaN的系列，豐富了產(chǎn)品陣容。



同時(shí)，芯片內(nèi)置EMI控制，優(yōu)化驅(qū)動(dòng)的波形，在不影響速度的情況下，能夠控制EMI，還有相應(yīng)的電源、溫度保護(hù)等等電路。在把這款氮化鎵器件替代到現(xiàn)有方案中時(shí)，不需要大幅調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓，不用擔(dān)心噪聲影響，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工程師的工作。

該產(chǎn)品支持各種一次側(cè)電源電路。可以應(yīng)用在各種AC-DC的電路中，包括反激式、半橋、交錯(cuò)式和圖騰等，驅(qū)動(dòng)范圍寬、啟動(dòng)時(shí)間短，傳輸延遲時(shí)間短，整個(gè)環(huán)路等的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。

新產(chǎn)品目前有兩款，包括BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，導(dǎo)通電阻分別是70毫歐和150毫歐。此外，還備有三款評(píng)估板，一款是BM3G007MUV-EVK-002，用來(lái)評(píng)估芯片的整體方案性能，另外兩款BM3G007MUV-EVK-003和BM3G015MUV-EVK-003，可移植到客戶(hù)現(xiàn)有方案進(jìn)行測(cè)試。



羅姆自2006年開(kāi)始研發(fā)氮化鎵相關(guān)產(chǎn)品，在2021年確立150V GaN器件技術(shù)，普通氮化鎵產(chǎn)品是6V耐壓，羅姆產(chǎn)品可以做到8V。

2023年4月開(kāi)始量產(chǎn)650V耐壓產(chǎn)品，此次又發(fā)布650V Power Stage IC。今后還將不斷改進(jìn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和控制技術(shù)，與EcoGaN系列GaN器件相結(jié)合，便于客戶(hù)選擇。

另外，Power Stage IC的下一代產(chǎn)品，準(zhǔn)偕振AC-DC+GaN的器件預(yù)計(jì)在2024年一季度量產(chǎn)，功率因數(shù)改善+GaN的器件也是2024年第一季度量產(chǎn)，半橋+GaN的器件預(yù)計(jì)在2024年第二季度量產(chǎn)。

如今隨著快充的廣泛應(yīng)用，氮化鎵的成本也隨之下降。預(yù)計(jì)在工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用、新能源氣汽車(chē)等應(yīng)用的推動(dòng)下，2025年后氮化鎵將迎來(lái)下一波增長(zhǎng)。而羅姆也將不斷擴(kuò)充氮化鎵產(chǎn)品線(xiàn)，滿(mǎn)足市場(chǎng)所需。