GaN应用场景持续拓展，车规产品加速上车

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）随着中高压电力电子系统在近五年的快速发展，对功率密度、转换效率的要求不断提高，SiC在汽车、工业等各种中高压场景已经实现对硅基IGBT的大规模替代。

而GaN也逐渐从此前的消费电子领域，扩展至光伏微逆、数据中心电源、汽车等领域。在汽车领域，GaN目前依然主要是被用到座舱内无线快充、有线快充等，作为消费电子的延续，另外在激光雷达上对晶体管开关速度要求极高，GaN的高频特性也使其被广泛应用到激光雷达上。

车载充电机OBC也是GaN目前上车的一个重要场景，GaN的高频特性能有效减少磁性器件尺寸，缩小OBC整体体积。但目前整体来看，OBC市场依然是SiC为主。但GaN上车的节奏仍在不断推进，近期也有不少厂商推出车规GaN功率器件，从低压到高压，持续开拓GaN在汽车市场的应用场景。

车规GaN落地加速，应用场景持续开拓

最近半年，多家厂商都推出了新的车规级GaN FET产品。英飞凌在去年年底推出了其首款符合AEC-Q101汽车应用标准的GaN晶体管系列——CoolGaN™ 100V G1系列车规级晶体管，并开始提供同样符合AEC-Q101汽车应用标准的CoolGaN™高压产品以及多种双向开关。

这也意味着英飞凌开始推动GaN的车载应用，并且覆盖从舱内低压应用到OBC、牵引逆变器等高压产品。

而这次英飞凌推出的100V车规级GaN晶体管是面向区域控制和主DC-DC转换器、高性能辅助系统及D类音频放大器等应用场景。在汽车低压系统电压从12V往48V转型的过程中，GaN提供的高能效和小尺寸等优势，能够满足更高功率的ADAS、车载娱乐系统等对高功率、高能效的需求，提升系统性能的同时降低整车的能耗。

而在中高压领域，镓未来也在去年11月宣布推出G2E65R009系列 650V 9mΩ 车规级GaN FET，据称是全球导通电阻最小，只有9mΩ。根据介绍，该系列产品符合AEC-Q101标准，与现有的硅基MOSFET驱动兼容，无需修改现有的驱动电路，缩短产品应用开发周期；同时极低的 Qoss 可以保证无论是硬开关的 DC-DC 转换器，还是软开关的 LLC 谐振电路，均能保持极高的转换效率；关断状态下提供最低反向导通电压，以降低死区时间损耗；得益于9mΩ的超低导通电阻，该系列产品支持超过1500A的饱和电流（25℃）能力，能够降低超过60%的开关和导通损耗。

G2E65R009系列仅9mΩ的超低导通电阻配合TO-247PLUS-4L 和 ITO-247PLUS-3L 封装的优异散热设计，热阻低至 0.2℃/W 相较传统 SiC MOSFET 降低约 40%；实测P-out 为 5.3kW 时，峰值效率可达 99.35%；单颗器件支持高达20kW的功率输出，满足大功率应用场景，在OBC、DC-DC、牵引逆变器等领域都有广泛应用前景。

今年3月，上海临港车规半导体研究院与量芯微合作，推出了900V/120A车规级氮化镓高性能器件。该器件采用G1（12/15V）、G0（6V）双栅极架构，且同规格栅极内部互联，支持双栅极同步驱动，实现栅极控制的高度均匀性，搭配推荐的负电压关断设计（-1~-3V），大幅提升开关速度与稳定性，关断延迟低至35ns、下降时间仅13.3ns，完美适配车载高频开关场景。

导通电阻在25℃下仅为13mΩ，开关损耗远低于传统硅基器件。同时耐受150℃高温工况，高温下导通电阻、漏电流等关键参数仍保持优异表现，通过车规级应力测试，高低温循环下性能无衰减，满足车载环境的严苛可靠性要求。

该900V/120A器件集成电流计采样功能，无需额外采样元件，大幅提升功率模块集成度，减小车载器件体积，同时能简化客户功率模块设计流程，降低研发难度，加快产品上市节奏。据介绍，该器件可全面适配新能源汽车车载OBC（车载充电机）、DC-DC转换器、主驱逆变器、充电桩等核心功率环节：在车载OBC与DC-DC模块中，高频低损耗特性可实现模块小型化，适配车身紧凑布局；在主驱逆变器中，大电流与多并联能力可满足整车驱动的高功率需求，提升动力输出效率；在充电桩场景中，高功率密度可实现充电桩的小型化与快充能力提升，适配车桩协同发展趋势。

EPC也在4月发布了两款基于100V EPC2361 eGaN FET的用于机器人和轻型电动车辆的5kW GaN三相逆变器评估板，包括EPC9186HC2和EPC9186HC3。作为高性能三相BLDC电机驱动逆变器平台，设计应用于机器人、工业自动化、轻型电动汽车（EV） 电动滑板车、叉车、农业机械、电池驱动的出行系统和高性能无人机。

不过作为100V GaN的应用，面向的也是较低功率的应用。EPC此前也面向车载48V架构推出了基于80V 车规级eGaN FET的方案和测试数据，目前在汽车市场的方向目前看来是倾向于低压器件的应用落地。

GaN OBC优势明显，有望大规模加速上车

在几年前，电动汽车行业曾掀起一轮关于OBC必要性的讨论，当时部分车企，比如蔚来、极越等，激进地取消了OBC的搭载，车辆上也同步取消了交流充电口，只保留单个直流快充接口。

当时给出的理由是，保留交流慢充需要增加一个OBC，而OBC的体积和重量对电动汽车的布局和整体车重带来了一些负面影响。同时当时公共直流充电桩的逐步普及，让交流充电口的需求降低，OBC似乎正在成为累赘。

然而今年的市场证明，OBC对于电动汽车依然是必不可少的存在，包括外放电等功能都需要OBC实现，部分车内的低压系统供电也需要OBC来提供。

但OBC的体积和重量如何解决？过去由于在汽车上具有广泛的应用验证，因此OBC也沿用牵引逆变器上的SiC器件来进行设计。

根据英飞凌此前公布的OBC技术路线图，2024年开始大规模应用SiC，功率密度提升至4kW/L，而未来要想继续提高功率密度，则需要用到GaN，英飞凌的路线图中是扎起2025年后开始推进GaN进行OBC，预计将功率密度提高至6kW/L以上。

由于GaN的开关频率相比SiC更高，在电源系统中能够进一步缩小磁性元件体积，从而缩小OBC的体积和重量。

2024年11月，汇川联合动力推出了新一代6.6 kW GaN车载二合一电源产品，这款电源将双向OBC和DC-DC集成在一个模块中，并且外部接口完全兼容现有的分立式产品，无需更改系统架构就可以实现无缝替代升级。

在采用GaN功率器件后，通过全局效率优化设计和GaN器件低开关损耗的优势，这款电源在370 V至450 V的宽电压范围内，OBC 满载效率超过96%；OBC 综合效率对比同类产品提升超过2%。

在OBC部分，370 V至450 V电压范围内实现满载效率超96%，适合于V2L/V2V等高频充放电场景；DC-DC部分轻载工作区间最高效率可达97.09%，适合为车内电气设备供电，降低静态用电的能耗。

去年1月，阳光电动力推出了一款全新的二合一OBC方案，采用GaN器件以及单级拓扑架构，实现了超高功率密度和高充电效率。其采用了创新的单级拓扑架构，取代了传统的PFC+DC/DC两级式拓扑，仅需一次隔离变换，就能实现交流与直流双向功率控制，有效精简系统设计。

OBC额定输出功率6.6kW，DC-DC额定输出3kW，全电压充电效率为96.2%，峰值效率超过98%。为了提高效率，方案中使用了GaN功率器件，在提高转换效率的同时提高系统功率密度。同时在方案中融合AI算法，基于谐振变换电路，进行精确数学建模，获得多目标多自由度更优控制策略，功率器件在全范围内实现软开关，损耗降低，系统效率显著提升。

而到了3月长安汽车宣布在启源E07上全球首发搭载GaN OBC，官方数据显示，该OBC体积功率密度达到6kW/L，充电效率和供电效率高达96%，各项数据均为行业最高。据了解，启源E07上搭载的GaN OBC采用了纳微半导体的高功率GaNSafe 功率IC。

英诺赛科在去年12月也宣布采用其650V GaN的汇川联合动力新一代6.6kW OBC系统在长安汽车顺利装车。该产品集成OBC和DC-DC，通过全局效率优化设计，结合英诺赛科650V 高压GaN功率器件的低开关损耗和高频特性，实现了整机功率密度提升30%，达到4.8 kW/L；对比同类产品综合效率提升超过2%，整机重量降低20%。

值得一提的是，英诺赛科还与联合电子、纳芯微签署了三方战略合作协议，将聚焦新能源汽车功率电子系统，联合研发智能集成GaN相关产品，推动GaN在汽车上的应用落地。

小结：

GaN相比SiC更高频的特性，使其在降低电源系统体积，提高功率密度方面有更大的优势。对于新能源汽车而言，OBC由于其不直接涉及行驶安全，因此是GaN在车载高压应用的最佳切入点之一。随着GaN OBC的上车，GaN将进一步在汽车上占据更加重要的地位。