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電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）從消費電子電源類產(chǎn)品開始，GaN拉開了巨大市場發(fā)展空間的序幕，并逐漸往數(shù)據(jù)中心、汽車OBC甚至主驅逆變器等領域滲透。主流應用的650V GaN HEMT在充電頭、以及數(shù)據(jù)中心電源上已經(jīng)開始被廣泛應用。

而隨著數(shù)據(jù)中心單機架的功率不斷提高，數(shù)據(jù)中心的次級端，機架的配電系統(tǒng)設計電壓從12V往48V升級。與此同時，數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的DC-DC中，低壓的GaN器件，比如40V和100V規(guī)格的GaN在這些系統(tǒng)中越來越受到重視。

今年，OPPO在智能手機端也首次將低壓GaN器件應用到手機內(nèi)部，用于快速充電的電路中。按照OPPO的說法，一顆GaN開關管可以代替以往方案中使用的兩顆硅基MOSFET，能夠減少體積，并由于GaN器件阻抗相比硅器件更低，在熱管理上也有更好的表現(xiàn)，降低充電路徑上的熱量消耗，降低充電溫升，提升充電性能。

所以，低壓GaN器件有沒有機會取代更多硅基器件，比如在消費電子產(chǎn)品內(nèi)的負載點POL轉換器中替代更多低壓的硅基器件？

如果從GaN器件的角度來看，目前市面上有多家廠商都推出了100V、40V甚至更低電壓的GaN器件。比如英諾賽科、EPC、GaNSystems等，其中EPC甚至有15V的GaN產(chǎn)品供應。

EPC在2016年推出了一款型號為EPC2040的GaN功率晶體管，擊穿電壓為15V，在5V驅動電壓下導通電阻為30mΩ，工作溫度支持-40℃~150℃，可以應用于自動駕駛激光雷達等場景。

今年5月國內(nèi)GaN器件龍頭英諾賽科在IEEE功率半導體器件國際研討會(ISPSD)上展示了其15V GaN HEMT的研究進展，據(jù)介紹，他們這款15V GaN HEMT在5 V V in / 1.5~4 V V out的轉換比下，采用半橋配置的GaN HEMTs制作的降壓轉換器在10 MHz下的效率超過90%。當開關頻率增加到30 MHz時，轉換器仍然保持80%以上的效率。

然而現(xiàn)實可能沒有想象中美好，英諾賽科在會議上還提到，盡管業(yè)界在低壓GaN HEMT方面做出了巨大努力，電源開關通常已經(jīng)低于40V，努力向消費電子產(chǎn)品的應用推進。但與硅器件相比，低壓GaN HEMT在消費電子產(chǎn)品上的廣泛應用還面臨很大挑戰(zhàn)。

在技術層面上，隨著GaN器件的尺寸縮小，接觸電阻和寄生電容的比例會大幅上升，閾值電壓下降，導致導通錯誤的風險提高，關斷狀態(tài)泄露電流增加，以致于靜態(tài)損耗和動態(tài)損耗不穩(wěn)定。英諾賽科認為，這些問題都影響了GaN HEMT在小體積的消費電子產(chǎn)品上廣泛應用的可能。

另一方面，有業(yè)內(nèi)人士認為，在100V以下的低壓領域，GaN相比硅有開關損耗和功率密度的優(yōu)勢，但目前低壓的硅基器件已經(jīng)做得足夠好，成本上的巨大優(yōu)勢是GaN難以逼近的。除非是一些特殊的應用中，對開關頻率要求較高，比如前面提到OPPO在手機快充電路中用一顆GaN開關管替代以往兩顆硅基MOSFET的操作。

無論如何，業(yè)界對低壓GaN器件的研究還在繼續(xù)，不少研究團隊都在這個方向努力，比如德國Fraunhofer IAF研究所的科學家在PCIM2021上發(fā)表過關于緊湊型低壓GaN HEMT設計的論文。或許隨著成本的持續(xù)降低，以及快充等需求的持續(xù)升級，低壓GaN器件會有取代硅的一天。