羅姆推出650VGaN HEMT和柵極驅動器

羅姆面向數據中心電源等領域，推出了全新的氮化鎵IC——集成了650VGaN HEMT和柵極驅動器，相比硅器件，這款IC體積縮小了減少99%，功耗降低55%，而且外圍器件也減少大約89%，非常方便易用。

羅姆的EcoGaN究竟是如何做到的？對此，“行家說三代半”采訪了羅姆半導體（上海）有限公司技術中心副總經理周勁。

羅姆ECOGaN：

器件體積減少99%，功耗降低55%

在理想情況下，65%的硅基功率器件應用都可以采用氮化鎵進行替代，但由于GaN功率器件具有開關速度快、柵極擊穿電壓低、反向續流損耗大等特點，傳統驅動芯片無法高效可靠地驅動GaN功率器件。因此，工程師在采用GaN HEMT進行電源設計時并不輕松。

通常GaN Hemt驅動存在2個難題：驅動電壓低，容易誤啟動；柵極耐電壓低，柵極容易損耗，因此需要專門的驅動器，不僅增加了設計復雜度，也額外增加了系統成本。

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在這種的背景下，周勁告訴“行家說三代半”，羅姆通過結合自身所擅長的功率和模擬2種核心技術優勢，開發出了集650V GaN HEMT和柵極驅動器于一體的Power Stage IC——BM3G0xxMUV-LB，這款產品能夠幫助電源工程師輕輕松松解決GaN器件的應用難題。

首先，外圍器件減少89%。

目前市場上的常見GaN Hemt驅動是將柵極驅動電壓精準控制在6V以下，并通過增設電容來解決過充的額定電壓。據周勁介紹，這種方式通常需要外置9顆器件，導致工程師增加了額外的設計工作，系統成本也較高。

為解決此問題，羅姆透過獨家研發技術，將GaN的閘極–源極額定電壓提升至8V，此設計將既有的額定電壓容限擴大一倍，可避免GaN元件受過充電壓影響，從而強化產品可靠性，而且，羅姆Power Stage IC的外置相關器件只有1顆，相比其他廠商減少大約88.88%，所以有助于降低設計工作負擔與電容增設成本。

其次，與Si MOSFET相比，羅姆Power Stage IC的器件體積可減少約99%，功率損耗可降低約55%，因此可同時實現更低損耗和更小體積。

第三，在高功率密度電源系統應用中，如何降低系統EMI噪聲和損耗是GaN驅動面臨的一個重要挑戰。

羅姆半導體采用專用的柵極驅動器，并通過新增EMI控制、LDO和溫度保護等新功能，有效降低了dV/dt及開關損耗，并解決了柵極振蕩、誤導通、EMI噪聲等可靠性問題。

第四，羅姆的EcoGaN還具有更寬的驅動電壓范圍（2.5V～30V）、啟動時間短、傳輸延遲時間短等特點，因此能夠很好地支持各種一次側電源電源，例如反激式、交錯式PFC、半橋拓撲和圖騰柱PFC等。

羅姆表示，未來他們內置650V GaN Hemt的EcoGaN Power Stage IC的產品陣容還將持續多大，預計2024年Q1推出準諧振AC-DC產品和功率因數改善產品，2024年Q2推出半橋GaN產品，從而讓工程師借此縮短產品開發周期，加快產品上市步伐。

中國數據中心將增長70%

能耗或超3個三峽電站

在人工智能、云計算、大數據等技術拉動之下，尤其是ChatGPT的“聲名大噪”，進步一推動了全球數據中心建設爆發式增長。

以中國為例，2022年底，全國在用標準機架總數超過650萬架，預計2025年機架總數將超過1100萬，相比2022年增長超過69%。

然而，數據中心是能耗大戶——2021年我國數據中心能耗總量為1116億千瓦時，約等于三峽電站1年的發電量；預計到2030年能耗總量將達到約3800億千瓦時，約等于3個三峽電站的全年發電量。

為了迫使數據中心降低能耗，工信部要求新建大型、超大型數據中心的電能使用效率值達到1.4以下。

據不完全統計，傳統服務器中大約有三分之一能量在功率轉換中被消耗，目前硅基功率器件特性已接近理論極限，阻礙了服務器電源系統效率的進一步提升，所以亟需向氮化鎵技術靠攏，以實現更好的成本效益、能效效益。

據測算，氮化鎵功率芯片可以為數據中心減少高達10%的用電量，如果再配合推進數據中心UPS電源及制冷系統的電源替代，其節能效果有望達到20%。

編輯：黃飛