替換Si MOSFET這個(gè)創(chuàng)新打破了GaN HEMT應(yīng)用的兩個(gè)難題

當(dāng)前，以SiC和GaN為代表的第三代半導(dǎo)體在功率器件中的滲透率正在逐年上升。根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)，雖然Si仍是功率半導(dǎo)體材料主流，但今年SiC的滲透率將有望達(dá)到3.75%，GaN的滲透率達(dá)到1.0%。

和Si MOSFET相比，GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）的開關(guān)損耗可降低65%；而相較于SiC，GaN是目前能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高頻、高效、大功率的唯一材料。據(jù)測(cè)算，GaN器件可在每個(gè)變電環(huán)節(jié)減少2%～3%的電能損耗，從電站到終端負(fù)載可節(jié)電10%～15%，因而可以滿足實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的消費(fèi)電子和工業(yè)設(shè)備電源更高的節(jié)能要求。

盡管特性優(yōu)勢(shì)明顯，不過(guò)要在諸如5G基站和PD適配器等小型化和更低損耗的一次側(cè)電源中使用GaN HEMT卻不是一件容易的事，往往要面臨兩個(gè)難題：1、GaN HEMT單體的驅(qū)動(dòng)電壓低，只有1.5～1.8V左右，存在因誤動(dòng)作而處于導(dǎo)通狀態(tài)的誤啟動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；2、GaN HEMT單體的柵極耐壓低，約6V左右，其最佳驅(qū)動(dòng)電壓范圍只有4.5～6V的狹窄區(qū)間，柵極處理難度高。

因此，常見(jiàn)的設(shè)計(jì)中，GaN HEMT必須和柵極驅(qū)動(dòng)器配套使用，而這樣一來(lái)，驅(qū)動(dòng)器的外置元器件數(shù)量會(huì)增多，并且?guī)?lái)更多寄生分量的影響，增加了電源設(shè)計(jì)難度。

面對(duì)這些課題，ROHM提出了一個(gè)創(chuàng)新解決方案，該公司不久前開發(fā)出一款新型的集成式功率半導(dǎo)體器件Power Stage IC，該器件將功率半導(dǎo)體GaN HEMT和模擬半導(dǎo)體柵極驅(qū)動(dòng)器集成在一個(gè)封裝內(nèi)，極大的簡(jiǎn)化了安裝和電源設(shè)計(jì)，可以輕松替換Si MOSFET。

目前，Power Stage IC包括BM3G0xxMUV-LB系列（BM3G015MUV-LB和BM3G007MUV-LB），該系列是650V EcoGaN（ROHM的GaN器件品牌）器件，將650V的EcoGaN、專用柵極驅(qū)動(dòng)器和新增功能及外圍器件進(jìn)行一體化封裝，其驅(qū)動(dòng)電壓范圍在2.5V～30V，啟動(dòng)時(shí)間為15μs，傳輸延遲為11ns～15ns，可以輕松的替換現(xiàn)有的功率半導(dǎo)體電路。Power Stage IC的開關(guān)損耗很低（輸入電壓264Vac，輸出功率100W），相較Si MOSFET和普通產(chǎn)品分別減少約55%和20%。此外，與普通產(chǎn)品相比，該器件外置元器件減少了8個(gè)，只需1個(gè)，因此有助于產(chǎn)品進(jìn)一步的小型化。

基于上述特性，Power Stage IC非常適用于內(nèi)置一次側(cè)電源（AC-DC或PFC電路）的各種應(yīng)用，包括白色家電、AC適配器、電腦、電視、冰箱、空調(diào)等消費(fèi)電子，以及服務(wù)器、OA設(shè)備等工業(yè)設(shè)備。配合新方案，ROHM提供了三款評(píng)估板，方便使用者在實(shí)際設(shè)備上進(jìn)行評(píng)估。據(jù)悉，ROHM正在開發(fā)下一代Power Stage IC，將在明年陸續(xù)推出進(jìn)一步整合準(zhǔn)諧振AC-DC、PFC，以及半橋電路這些模擬控制器的產(chǎn)品。

ROHM早前設(shè)立了一個(gè)中期經(jīng)營(yíng)計(jì)劃，該計(jì)劃預(yù)期ROHM今年的銷售額將達(dá)到5400億日元，到2025年達(dá)到6000億日元，2030年達(dá)到1萬(wàn)億日元，其中功率器件的銷售額在2021～2027年間的CARG要達(dá)到29.8%！該計(jì)劃還提出了一個(gè)目標(biāo)——到2030年，在功率電子和模擬領(lǐng)域，ROHM要成為全球排名前10的企業(yè)。Power Stage IC的推出，體現(xiàn)出ROHM在功率和模擬兩種核心技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)正在為實(shí)現(xiàn)這一計(jì)劃提供增長(zhǎng)動(dòng)力。