与硅相比，氮化镓的禁带宽度、击穿场强、电子饱和速度都高出三倍左右，其宽度更宽、场强更大，饱和速度更快，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。高电子迁移率晶体管(HEMT)是一种晶体管结构，Si MOSFET一般是垂直结构，而HEMT是水平构造。这种构造加上氮化镓本身的特性，使GaN HEMT的开关速度非常高。相比Si MOSFET，整体开关损耗降低约65%。zBeesmc
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罗姆(ROHM)将有助于应用产品的节能和小型化的氮化镓器件命名为“EcoGaN™系列(罗姆商标)”，并不断致力于进一步提高器件的性能。“EcoGaN™ Power Stage IC “BM3G0xxMUV-LB”可以替代现有的Si MOSFET，从而使器件体积减少99%，功率损耗降低55%，非常有助于减少服务器和AC适配器的体积或者损耗。“罗姆半导体(上海)有限公司技术中心副总经理周劲在近日的媒体交流会暨产品发布会上表示。zBeesmc
近年来，氮化镓器件在快充领域上的应用zBeesmc
据《国际电子商情》了解，氮化镓起始的时间节点大致在2020年左右，主要应用集中于PC、手机的快充，之后随着5G和PD适配器的普及，市场需求增加，仅凭硅器件无法满足需求，因此各大半导体公司都开始发力，终端厂商也在电动汽车或者混动汽车方向考虑使用DC-DC，未来随着电动汽车以及工业系统应用的增加，预计2025年后市场将会出现更大增长。zBeesmc
周劲指出，尽管氮化镓器件的应用需求会持续扩大，但氮化镓的使用通常会面临两个问题：一是驱动阈值电压(Vth)比较低，通常是1.5到1.8V左右，有噪音时会误开启，不一定坏，但是会导致损耗比较高;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，所以很容易就坏，通常必须与专门的驱动电路或者驱动器配合使用，但如此一来外置元器件数量会增多，另外，通路寄生参数的影响，在200KHz或更高工作频率时，也会越来越明显。zBeesmc
鉴于此，罗姆面向数据服务器等工业设备和AC适配器等消费电子设备的一次侧电源，开发出集的650V新产品——Power Stage IC“BM3G0xxMUV-LB”，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，Ga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。zBeesmc
罗姆新产品为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，这是基于氮化镓本身的高速特性。相对于普通的产品，开关损耗低，外围电路更简单，仅需一个外置器件，有助于应用产品的小型化。另外，使用这款Power Stage IC时，相比Si MOSFET，开关损耗大幅度降低，另外，相比Si MOSFET+散热片，器件体积显着减小。zBeesmc
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栅极驱动器内置在里面有电压范围接口，通过该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，将其加入Power GaN系列，丰富了产品阵容。在此芯片里还会有一些EMI控制，尽管高速电路EMI比较难控制，所以其中加强优化了驱动的波形，不影响速度的情况下，能够控制EMI的技术，还有相应的电源、温度保护等等电路构成，可以简单地把氮化镓器件替代到现有方案中去，而且不需要大幅调整驱动的电压，不用担心噪声影响，简化设计工程师的工时。zBeesmc
综合来看，罗姆新产品主要有三大特点：支持各一次侧电源电路，功耗低和小型化。一是在支持各种一次侧电源电路方面，驱动的范围宽、启动时间短，可以应用在各种各样的AC-DC的电路中，并且传输延迟时间短，基本上不用太考虑延迟时间，整个环路等等的设计会比较容易。各种各样的AC-DC包括反激式的大家会用得比较多，半桥的是这种，交错式和图腾都是可以用Power Stage IC。二是进一步降低功耗，在导通损耗影响不大的情况下，相比Si MOSFET单体减少55%，相比普通产品，仍然可以做到减少约20%的程度。三是应用产品可进一步小型化。元器件数量上，普通产品是9个相关元器件，而罗姆的新产品使得驱动方式进一步简化，外置Power Stage相关元器件只需1个。zBeesmc
目前，罗姆新推出的两款是BM3G007MUV-LB、BM3G015MUV-LB，其导通电阻分别是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。zBeesmc
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根据《国际电子商情》了解，罗姆EcoGaNTM系列氮化镓产品自2006年开始研发，并在2021年确立了150V GaN器件技术，普通氮化镓产品是6V耐压，而罗姆产品可以做到8V。在2023年4月开始量产650V耐压产品，7月发布了这款650V Power Stage IC。今后，罗姆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。zBeesmc
根据罗姆规划，关于Power Stage IC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。zBeesmc
责编：Zengde.Xia
