替換Si MOSFET這個創(chuàng)新打破了GaN HEMT應用的兩個難題

當前，以SiC和GaN為代表的第三代半導體在功率器件中的滲透率正在逐年上升。根據Yole的預測，雖然Si仍是功率半導體材料主流，但今年SiC的滲透率將有望達到3.75%，GaN的滲透率達到1.0%。

和Si MOSFET相比，GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）的開關損耗可降低65%；而相較于SiC，GaN是目前能夠同時實現高頻、高效、大功率的唯一材料。據測算，GaN器件可在每個變電環(huán)節(jié)減少2%～3%的電能損耗，從電站到終端負載可節(jié)電10%～15%，因而可以滿足實現社會可持續(xù)發(fā)展的消費電子和工業(yè)設備電源更高的節(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單體的驅動電壓低，只有1.5～1.8V左右，存在因誤動作而處于導通狀態(tài)的誤啟動風險；2、GaN HEMT單體的柵極耐壓低，約6V左右，其最佳驅動電壓范圍只有4.5～6V的狹窄區(qū)間，柵極處理難度高。

因此，常見的設計中，GaN HEMT必須和柵極驅動器配套使用，而這樣一來，驅動器的外置元器件數量會增多，并且?guī)砀嗉纳至康挠绊?，增加?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%BA%90%E8%AE%BE%E8%AE%A1/">電源設計難度。

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體器件Power Stage IC，該器件將功率半導體GaN HEMT和模擬半導體柵極驅動器集成在一個封裝內，極大的簡化了安裝和電源設計，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、專用柵極驅動器和新增功能及外圍器件進行一體化封裝，其驅動電壓范圍在2.5V～30V，啟動時間為15μs，傳輸延遲為11ns～15ns，可以輕松的替換現有的功率半導體電路。Power Stage IC的開關損耗很低（輸入電壓264Vac，輸出功率100W），相較Si MOSFET和普通產品分別減少約55%和20%。此外，與普通產品相比，該器件外置元器件減少了8個，只需1個，因此有助于產品進一步的小型化。

基于上述特性，Power Stage IC非常適用于內置一次側電源（AC-DC或PFC電路）的各種應用，包括白色家電、AC適配器、電腦、電視、冰箱、空調等消費電子，以及服務器、OA設備等工業(yè)設備。配合新方案，ROHM提供了三款評估板，方便使用者在實際設備上進行評估。據悉，ROHM正在開發(fā)下一代Power Stage IC，將在明年陸續(xù)推出進一步整合準諧振AC-DC、PFC，以及半橋電路這些模擬控制器的產品。

ROHM早前設立了一個中期經營計劃，該計劃預期ROHM今年的銷售額將達到5400億日元，到2025年達到6000億日元，2030年達到1萬億日元，其中功率器件的銷售額在2021～2027年間的CARG要達到29.8%！該計劃還提出了一個目標——到2030年，在功率電子和模擬領域，ROHM要成為全球排名前10的企業(yè)。Power Stage IC的推出，體現出ROHM在功率和模擬兩種核心技術上的優(yōu)勢正在為實現這一計劃提供增長動力。