應(yīng)用需求升級(jí)，100V GaN市場(chǎng)爆發(fā)？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）近年來(lái)隨著AI以及電動(dòng)汽車(chē)的熱潮，在數(shù)據(jù)中心電源以及汽車(chē)低壓系統(tǒng)中，都開(kāi)始進(jìn)入技術(shù)升級(jí)。

數(shù)據(jù)中心單機(jī)架的功率不斷提高，數(shù)據(jù)中心的次級(jí)端，機(jī)架的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓從12V往48V升級(jí)；而電動(dòng)汽車(chē)的低壓系統(tǒng)，隨著電動(dòng)化的發(fā)展，車(chē)載電器功率越來(lái)越大，因此也正在從12V往48V發(fā)展。

而為了應(yīng)對(duì)這些應(yīng)用的需求升級(jí)，100V GaN越來(lái)越受到關(guān)注。

100V GaN應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

以數(shù)據(jù)中心為例，在AI算力需求越來(lái)越大的今天，GPU等AI算力硬件的功率也越來(lái)越高，這給數(shù)據(jù)中心機(jī)架的電源帶來(lái)了壓力，需要在保持尺寸的同時(shí)，大幅提高功率密度，才能支撐更高性能的AI算力硬件運(yùn)行。

根據(jù)IEA的預(yù)測(cè)，2022年全球數(shù)據(jù)中心、加密貨幣、AI等電力需求共消耗460TWh，占到全球用電總量的2%。隨著AI的訓(xùn)練需求爆發(fā)，數(shù)據(jù)中心持續(xù)擴(kuò)張，到2026年的全球相關(guān)電力需求可能將高達(dá)1050TWh。

在數(shù)據(jù)中心電源中，首先是由于功率提高，48V較高電壓相比12V能夠降低線(xiàn)損，同時(shí)降低線(xiàn)束使用量，相對(duì)也就降低電源成本。

其次是功率提高之后，機(jī)架有限空間內(nèi)要兼容以往的模塊化電源設(shè)備，就需要在不增大尺寸的情況下，提高電源功率密度。

在汽車(chē)應(yīng)用中，由于車(chē)載電器的功率不斷提高，車(chē)載低壓系統(tǒng)、包括BMS等也正在從12V往48V發(fā)展。提升系統(tǒng)電壓的好處，與數(shù)據(jù)中心類(lèi)似，包括能夠降低損耗，提高電力利用效率，減少線(xiàn)束使用量等。

因此，GaN顯然是一個(gè)能夠適配這些應(yīng)用新需求的解決方案。GaN功率器件的高頻特性，可以減少變壓器和電感等磁性元件的尺寸，提高電源的功率密度；同時(shí)GaN器件也有助于降低系統(tǒng)的EMI，提高電源穩(wěn)定性和功率密度。

所以我們看到，在不少48V系統(tǒng)中，都是用到100V GaN器件作為電源部分的核心器件之一。

當(dāng)然，100V GaN器件的應(yīng)用場(chǎng)景遠(yuǎn)不止在數(shù)據(jù)中心以及汽車(chē)低壓系統(tǒng)上，另外工業(yè)電源（包括太陽(yáng)能微型逆變器）、激光雷達(dá)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等都可以應(yīng)用到100V GaN FET。

各大廠(chǎng)商推出的100V GaN產(chǎn)品

最近，TI就面向數(shù)據(jù)中心、光伏和車(chē)載市場(chǎng)推出了100V的集成驅(qū)動(dòng)GaN芯片，包括LMG2100R044 和 LMG3100R017。兩款產(chǎn)品均采用QFN封裝，TI在功率GaN領(lǐng)域基本上都是以集成化的產(chǎn)品推出，不會(huì)只單獨(dú)推出單管。比如這次推出的兩款功率GaN芯片就集成了驅(qū)動(dòng)，這種做法好處是減少外圍組件，在方案設(shè)計(jì)中能夠降低設(shè)計(jì)難度，同時(shí)減少主板尺寸。

其中LMG2100R044是半橋模塊，LMG3100R017是單管GaN集成驅(qū)動(dòng)。LMG2100R044包含兩個(gè)100V GaN FET，由采用半橋配置的同一高頻 80V GaN FET 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，支持 3.3V、5V 和 12V 輸入邏輯電平。

LMG3100R017集成了100V 1.7mΩ GaN FET 和驅(qū)動(dòng)器，集成了高側(cè)電平轉(zhuǎn)換和自舉，支持 3.3V 和 5V 輸入邏輯電平，同時(shí)兩個(gè)LGM3100可構(gòu)成一個(gè)半橋，無(wú)需額外的電平轉(zhuǎn)換器。

已被英飛凌收購(gòu)的GaN Systems，在2018年之前就已經(jīng)推出了100V GaN產(chǎn)品，比如GS61008T。GS61008T是一款硅基GaN HEMT，規(guī)格為100V/90A 7 mΩ，頂部冷卻支持大功率應(yīng)用，能夠適用于儲(chǔ)能、UPS、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人、D類(lèi)音頻放大器等。

國(guó)內(nèi)功率GaN龍頭英諾賽科在去年也推出100V/75A 13.5mΩ的車(chē)規(guī)GaN器件INN100W135A-Q，該器件通過(guò)AEC-Q101認(rèn)證，具有極低的柵極電荷和零反向恢復(fù)充電電荷，采用超小封裝 WLCSP 2.13mm x 1.63mm，可應(yīng)用于激光雷達(dá)、高功率密度DC-DC變換器、D類(lèi)音頻放大器、高強(qiáng)度前照燈等。

氮矽科技去年推出了一款驅(qū)動(dòng)集成的低壓GaN芯片DXC6010S1C，規(guī)格為100V/35A 12mΩ，內(nèi)部集成了一顆增強(qiáng)型低壓硅基GaN和單通道高速驅(qū)動(dòng)器。輸入電壓范圍為±18V，兼容所有傳統(tǒng)硅控制器，并有效減少了寄生電感，簡(jiǎn)化了功率路徑設(shè)計(jì)，適用于微型逆變器、數(shù)據(jù)中心電源、USB PD3.1快充、D類(lèi)音頻放大器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。

小結(jié)：

隨著數(shù)據(jù)中心、汽車(chē)等應(yīng)用的爆發(fā)，100V GaN有機(jī)會(huì)成為新的GaN市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)，市場(chǎng)上相關(guān)產(chǎn)品相信會(huì)陸續(xù)跟進(jìn)。