GaN将在所有应用市场中发挥举足轻重的作用

随着人们环保意识的增强，以及制定的碳达峰/碳中和的目标，市场对更高效率、更高功率密度的电源管理产品需求不断提升，这给了第三代半导体技术相当广阔的发展空间。

第三代半导体材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，可以满足现代电子技术对高温、高功率、 高压、高频以及高辐射等恶劣条件的新要求，相比硅基半导体可以降低50%以上的能量损失。

众多电源管理或射频公司，已经将第三代半导体作为公司发展的重要战略目标，包括ST、英飞凌、德州仪器、PI、罗姆、Qorvo、NXP、WolfSpeed等公司，都在第三代半导体上积极响应。

从手机充电器开始

GaN技术诞生时间很长，但应用却非常新，至少在消费市场是如此。“在过去的十年中，GaN电源市场主要由高端、高性能的应用推动，这些应用在系统级提供了高频开关、低导通电阻和更小的外形尺寸。” Yole Development分析师Ezgi Dogmus在2019年底一篇文章中评论道。“但是，2019年GaN功率正在发生变化。” GaN正在进入主流消费应用中，手机制造商OPPO在2019年10月宣布在其65W内置快速充电器中为其新Reno Ace旗舰机选择了基于GaN的超级闪充技术，这是GaN功率器件首次进入大批量智能手机市场。

而在OPPO官宣一周前，Power Integrations， Inc.（以下简称PI） 的CEO Balu Balakrishnan来到深圳，参加了安克创新深圳总部的活动，他亲手将PI第一百万颗采用该公司PowiGaN技术的InnoSwitch3开关电源IC交到了安克CEO阳萌手中。距离2018年10月25日安克在美国纽约发布的首款“ANKER PowerPort Atom PD1”GaN充电器时间不足一年。 2020年，手机OEM商掀起了一阵取消原装适配器的热潮。取消的一大重要原因，就是GaN充电器开始在市场上崭露头角。

这种采用第三代半导体所开发的快速充电器，具有小尺寸、高效率、功率密度大等特点，极大改善了消费者的使用体验。 据PI市场副总裁Doug Bailey介绍，基于GaN，PI 可以应用在美观时尚的快速充电器，与高端或者大众市场的智能移动设备搭配一起作为产品的特色。

同时，GaN 65W充电器在配件市场非常畅销，可以以低于25美元的价格购买到。 2020年PI GaN产品的销售额约为1000万美元，并预计将在2021年翻1至3倍，这和市场的乐观预期相一致。在短短的一年多时间内，我们看到家中越来越多的充电器已经替换成了快充，一个不起眼的科技革新让更多人可以更好地享受移动生活的便利性。

长期专注GaN研发

2010年，PI收购了Velox Semiconductor，并利用该公司在GaN功率器件的研究成果创建了“ PowiGaN”技术。采用了和其他公司不同的方法，将GaN开关集成到其第三代集成式InnoSwitch器件中，通过高集成度的方式实现了产品的差异化。

由于GaN的转换频率较高，在处理EMI上非常棘手，而在同一个封装中，工程师无需额外关注EMC和EMI的问题。“我们认为PI已经超越了许多竞争对手，它们正在销售分立的GaN FET，这些GaN FET难以使用并且需要大量的设计工作。而PI提供的高度集成的IC解决方案易于使用，且具有显著的性能和尺寸优势。”Doug表示。独立的GaN FET产品看似可以灵活应用于各产品，但却缺乏针对性优化。

而在高集成方式下，InnoSwitch可以更好地针对65W或其他规格的充电器进行细致优化。并且由于无需更多额外的周边元件，可靠性也会相应提升。 值得一提的是，由于GaN高集成度解决方案，设计人员无需学习新技术、他们只需在基于PowiGaN的反激式开关IC中进行设计即可立即获得GaN提供的功率和尺寸优势。设计人员可以更快地将产品推向市场，实现更少的组件数量和较小的PCB尺寸等高集成度的优势。 正是因为在GaN领域研发的持续性投入，PI积累了大量技术和专业知识。提供全面的参考设计，以及一支专业的全球FAE团队，以支持客户的设计工作。PI的CEO Balu此前曾表示，“我们始终专注于对研发的长期投入，着眼于扩大我们的潜在市场并开发具有颠覆性的技术。这些努力需要很多年才能完全实现，但我们实现了，并且我对未来几年感到兴奋，因为如今我们已经看到了长期投资的回报。”

从未止步

PI一直擅长于将其独有的工艺技术延伸至其各种复杂的产品组合中，比如无需使用任何磁芯材料即可在安规隔离带之间进行反馈控制的FluxLink通信技术，已经广泛应用在适配器、汽车、LED等多项应用中，并取得了成功。PowiGaN正在复制着此条道路。 PI的MinE-CAP IC可与InnoSwitch3反激式转换器搭配使用，两种器件均使用了PowiGaN技术。LYTSwitch-6 LED驱动器IC也使用GaN。“对于许多应用而言，GaN是一种比硅更好的开关技术，我们预计未来的许多产品都将集成PowiGaN，我相信新的应用也将从PowiGaN中受益。”

Doug信心满满地表示。 PowiGaN在快充市场已经交付了满意的答卷，在电视、冰箱等家电中的应用展现了优异的性能， 不光是因为尺寸问题，更重要的是其高效率的特性。尽管对于某些领域来说，电源转换效率已经达到了95%之多，提升至96%看似只有一个点的提升，但这意味着散热性能提高了20%之多。也就意味着可以采用更小甚至无需散热片，这会极大增强整个系统的鲁棒性。

如今PI的PowiGaN以更高效率，更小体积的产品设计，广泛地应用于众多领域，包括工业、消费、照明和商用等。 根据市场研究公司MarketsandMarkets发布的一份报告，氮化镓（GaN）半导体器件市场预计将从2016年165亿美元上涨到2023年224.7亿美元，2017年到2023年的复合年增长率（CAGR）达到4.6%。第三代半导体在市场需求、技术进步以及资本的加持下，展现出喜人的增长势头，相信Doug畅想的愿景不久将会实现，GaN将在所有应用市场中发挥举足轻重的作用。

原文标题：GaN技术是如何飞入寻常百姓家

文章出处：【微信公众号：电子工程世界】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。

责任编辑：haq