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罗姆这款GaN将替换Si MOSFET！体积减少99%、功耗降低55%
20世纪50年代，以硅(Si)、锗(Ge)为代表的第一代半导体材料出现，取代了笨重的电子管，促使以集成电路为核心的微电子工业实现飞跃。而为了满足日益增加的多元化需求，以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体，以及以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体应运而生。
当前，第三代半导体已成为战略性新兴产业的重要组成部分。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，GaN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，相较于硅甚至碳化硅都有更好的表现。
2012年，第一颗600V的GaN芯片通过了JEDEC;2018年，650V功率 GaN IC 面市;2019年，650V功率GaN市场被打开。2020年，小米推出65W GaN充电器，进一步拓展了GaN市场。据Trend Force报告显示，全球GaN功率元件市场规模将从2022年的1.8亿美金成长到2026年的13.3亿美金，复合增长率高达65%。
说到氮化镓，不得不提全球半导体代表厂商罗姆半导体(ROHM)，自2006年起，罗姆开始研发氮化镓产品，经过不懈努力，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。2023年4月，ROHM开始量产650V耐压产品。近日，罗姆又推出新产品EcoGaN™ Power Stage IC “BM3G0xxMUV-LB”。该产品可以替代现有的Si MOSFET，从而使器件体积减少99%，功率损耗降低55%，有助于减少服务器和AC适配器的体积以及损耗。
罗姆半导体(上海)有限公司技术中心High Power Solution部门负责人周劲介绍，针对可持续发展的需求，GaN HEMT作为一种有助于提高功率转换效率和实现器件小型化的器件被寄予厚望。然而，与Si MOSFET相比，GaN HEMT的栅极处理较难，例如驱动电压低，容易误启动;栅极耐电压低，栅极存在损坏风险。因此必须与驱动栅极用的驱动器结合使用，如此不仅增加了设计复杂度，也额外增加了系统成本。必须与驱动栅极用的驱动器结合使用。
在这种市场背景下，ROHM结合所擅长的功率和模拟两种核心技术优势，开发出集功率半导体——GaN HEMT和模拟半导体——栅极驱动器于一体的Power Stage IC。也就是说，这款产品集成了新一代功率器件650V GaN HEMT，能够更大程度地激发出GaN HEMT性能的专用栅极驱动器、新增功能以及外围元器件。另外，该产品支持更宽的驱动电压范围(2.5V～30V)，拥有支持一次侧电源各种控制器IC的性能，因此可以替换现有的Si MOSFET。具体而言，EcoGaN™ Power Stage IC具有三个特点：首先，支持各种一次侧电源电路。驱动范围宽、启动时间短，可以应用在各式AC-DC的电路中(包括反激式、半桥、交错式PFC和图腾柱PFC)，并且传输延迟时间短，整个环路等设计较容易。
其次，该产品进一步降低了功耗。在导通损耗影响较小的情况下，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。
同时，产品进一步小型化。一般来说，普通产品含有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。
Power Stage IC目前有两款：BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，导通电阻分别是70毫欧和150毫欧。此外，配合这些产品罗姆配备了三款评估板，BM3G007MUV-EVK-002用来评估芯片的整体方案性能;BM3G007MUV-EVK-003和BM3G015MUV-EVK-003，可移植到客户现有方案进行测试。
提到未来的产品路线，周劲表示：“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。”Power Stage IC下一代机型，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的器件也将于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。
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| model | brand | Quote |
|---|---|---|
| MC33074DR2G | onsemi | |
| CDZVT2R20B | ROHM Semiconductor | |
| RB751G-40T2R | ROHM Semiconductor | |
| BD71847AMWV-E2 | ROHM Semiconductor | |
| TL431ACLPR | Texas Instruments |
| model | brand | To snap up |
|---|---|---|
| ESR03EZPJ151 | ROHM Semiconductor | |
| BU33JA2MNVX-CTL | ROHM Semiconductor | |
| TPS63050YFFR | Texas Instruments | |
| STM32F429IGT6 | STMicroelectronics | |
| BP3621 | ROHM Semiconductor | |
| IPZ40N04S5L4R8ATMA1 | Infineon Technologies |
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