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,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是目前能夠同時實(shí)現(xiàn)高頻、高效、大功率的唯一材料。據(jù)測算,GaN器件可在每個變電環(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)勢明顯,不過要在諸如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,往往要面臨兩個難題:1、GaN HEMT單體的驅(qū)動電壓低,只有1.5~1.8V左右,存在因誤動作而處于導(dǎo)通狀態(tài)的誤啟動風(fēng)險;2、GaN HEMT單體的柵極耐壓低,約6V左右,其最佳驅(qū)動電壓范圍只有4.5~6V的狹窄區(qū)間,柵極處理難度高。
因此,常見的設(shè)計(jì)中,GaN HEMT必須和柵極驅(qū)動器配套使用,而這樣一來,驅(qū)動器的外置元器件數(shù)量會增多,并且?guī)砀嗉纳至康挠绊懀黾恿?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%BA%90%E8%AE%BE%E8%AE%A1/">電源設(shè)計(jì)難度。
面對這些課題,ROHM提出了一個創(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)動器集成在一個封裝內(nèi),極大的簡化了安裝和電源設(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)動器和新增功能及外圍器件進(jìn)行一體化封裝,其驅(qū)動電壓范圍在2.5V~30V,啟動時間為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,只需1個,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提供了三款評估板,方便使用者在實(shí)際設(shè)備上進(jìn)行評估。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)立了一個中期經(jīng)營計(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)勢正在為實(shí)現(xiàn)這一計(jì)劃提供增長動力。