五年前，业界普遍认为氮化镓（GaN）多用于900V以下应用、碳化硅（SiC）则多用于900V，甚至是1200V以上的应用。而到现在，氮化镓已在600V~900V中应用不断加速，与碳化硅逐渐开始产生竞争。

相比来说，在大功率领域，碳化硅已在市场使用多年，市场已形成固定认知。但在氮化镓不断大批量商业化的现如今，大功率的汽车、工业场景也开始使用氮化镓。

事实上，无论是硅器件还是碳化硅和氮化镓这样的第三代半导体，都有着不同的特性，对应着不同的应用场景，市场需要更多选择以应对不同的场景。日前，高压集成电路高能效功率变换领域知名公司Power Integrations（纳斯达克股票代号：POWI，简称PI）宣布推出900V 的PowiGaN器件，为InnoSwitch3系列反激式开关IC再添新品。

用900V氮化镓补全产品线

汽车、工业及家电类应用是氮化镓市场的驱动力，而从整个市场来看，市场需求主要有三点变化：

• 首先，应用对功率需求越来越高，其中需求功率的部分包括更高的微处理器功耗要求、无线通信功能、显示屏及兼具照明功能、峰值功率的需求、EV应用当中去掉12V电池组；
• 其次，负载范围内要求更高的效率，比如说现在很多设计开始简化散热甚至无散热片、代际输出功率更高、系统尺寸更低；
• 最后，供电电压不断升高，包括EV功率架构从400V向800V切换、室外照明的供电取自277VAC及三相电、电网稳定性堪忧的印度及其它热带地区。

PI是个多面手，事实上，在功率半导体上，PI的布局非常全面，包括硅基、氮化镓和碳化硅。早在此前，PI就拥有650V硅器件、1700V碳化硅器件以及750V氮化镓器件。

由于PI洞察到了上述市场需求改变，因此将氮化镓器件产品扩展到900V，以满足不断改变的应用需求。

就拿汽车应用举例来说，不同的器件能够满足不同的Vds耐压需求，但相比来说，硅器件的功率明显不如第三代半导体。

从之前的产品线来看，大电压环境下碳化硅可上探1700V，也就是说是1200V DC的母线电压。受变压器流感影响，批量生产中一定要有一定安全冗余，所以功率开关电压都是保留一定的降额，所以对于汽车应用也可利用750V的氮化镓器件承受最高440V DC母线和10%降额。但这样来看，仍然存在一定空缺，900V的氮化镓器件就是解决这样的问题。

700V氮化镓器件不仅能够增加裕量和耐用性，与硅器件相比也有更好的效率和功率。

作为一款新品，PI的900V PowiGaN依然基于优秀的InnoSwitch-3架构。

InnoSwitch-3是一个高度集成的反激电源方案，拥有高达95%的效率，空载功耗低于10mW，得益于PI的反独立封装研发能力，在100W应用中可以做到无需散热片。

在成功的架构上继续扩展产品，是PI做好900V氮化镓重要的基底。在InnoSwitch-3加持下，PI也能真正发挥出900V氮化镓器件的能力。

给电源系统降降温

900V对于PI的意义非常重大，更小的晶圆以及更高的效率对InnoSwitch3 IC来说代表着更大的输出功率，即惊人的100W。

InnoSwitch3架构下的900V器件性能也非常强劲。

以目前趋势来看，当母线以更高电压时，650V或725V硅器件难以应对需求，当滞留母线电压越高时，效率是下降的，其间开关损耗也会越高。

而假若使用900V的氮化镓器件，就会表现出非常优异的性能，从趋势来看，相比硅器件，可以改善整体1.5%的效率，这意味着能够拥有20%的热量减少。

氮化镓作为宽禁带的第三代半导体器件，受材料优异特性加成，整个器件也能为电源系统带来改变。

通过比较，在400V DC输入60W负载条件下，900V PowiGaN开关的lnnoSwitch3-EPINN3699C可极大降低器件温升，提升幅度高达约20℃，一些汽车客户对温度要求极高，甚至要求85℃的温度环境，甚至说在105℃以上的温度下都能正常工作，900V PowiGaN则能够很好地满足这些客户的要求。

目前，采用900V PowiGaN的InnoSwitch3-EP产品已支持全球范围的工业及消费类应用。

汽车的未来在于氮化镓

事实上，现如今，很多电动汽车仍然在使用铅酸电池，一般来说，这些电动汽车都会拥有一个12V的电池架构系统，虽然有时候电动汽车会有400V或800V的高压动力电池，但铅酸电池中仍然使用12V低压负载供电，因为车内的娱乐、照明、转向主力、车窗泵、辅助驾驶等人可直接接触的位置都要安全供电。

普遍来说，铅酸电池的重量是非常大的，因此现在的趋势是去掉12V的电池，或者说把12V的电池体积缩小，这样就可以有效减少整车重量，同时节省空间和成本。

当去掉12V或缩小情况下，InnoSwitch3就是汽车电源系统最好的伴侣。很多设备中，12V电池要多个APU并联供电，而现在的趋势就是降低对APU的依赖，并增加EPS。

目前，欧洲一些汽车厂商已经开始往这方面发展，原来的低压负载功率转移到了高压负载中去，就会为系统带来一些问题。

单个InnoSwitch3-AQ输出功率可达100W，可使用多个InnoSwitch3-AQ组成电源为低压复杂供电，而通过InnoSwitch3-AQ也可以延长整车的待机时长，

在12V电池去掉或缩小的情况下，可使用多个InnoSwitch3-AQ组成的电源为低压负载供电，单个InnoSwitch3-AQ的输出功率可达100W。另外，还有一个60W至100W输出的待机电源，其主要作用是在汽车停止期间以更高的效率给低压12V负载供电，延长整车的待机时长。

PowiGaN技术使InnoSwitch3-EP IC能够在没有散热片的情况下提供高达100W（230VAC±15%条件下）的功率。在100W汽车用EPS，PI的氮化镓能够在负载范围内维持超高的效率。

功率变化的未来在于氮化镓，但也不是说所有地方都要使用氮化镓。不同功率变化可以采用不同功率开关，但如果电压或者电流比较小，导通损耗比较低，基于性能和成本的考量，针对不同功率变化，也可以选择PI的硅、碳化硅方案。

对于不同场景，选择权在于用户手中。当氮化镓步入900V，竞争也越来越接近碳化硅，尤其是在汽车领域，整个市场还缺乏一定认知。虽然市场还没有完全大批量应用起来，但当市场应用增大，也会认识到相比过去，他们的选择面会更宽，也能应对更多不同场景。

在技术上，PI是市场的领航者，比如说市场上商业化磁感耦合的只有PI一家，而对未来市场，PI的目标则是加大氮化镓产品对于工业、汽车的占有率。

文/付斌