據(jù)阿里巴巴達摩院預(yù)測，2021年以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體將迎來應(yīng)用的大爆發(fā)。據(jù)公開資料顯示，2020年氮化鎵的市場主要應(yīng)用于光電、射頻、電力電子領(lǐng)域。其中，光電領(lǐng)域占氮化鎵市場的68%，市場規(guī)模約224.7億元。射頻和電力電子領(lǐng)域分別占據(jù)氮化鎵市場的20%和10%。氮化鎵的能量轉(zhuǎn)換效率，遠遠超過了硅基器件的性能，依目前的市場占比來看，氮化鎵在電力電子領(lǐng)域市場滲透率較低，發(fā)展空間巨大，尤其是在大功率電源適配器、無線充電等領(lǐng)域。得益于新能源汽車的高速發(fā)展，氮化鎵應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸向車載充電器、汽車逆變器、激光雷達延伸。

氮化鎵在汽車領(lǐng)域的優(yōu)勢、現(xiàn)狀

隨著汽車電氣化、智能化的發(fā)展，電動汽車對高效率、高功率密度的要求也更加嚴(yán)苛。使用氮化鎵元器件，能夠在減少空間占比的同時，提高功率密度和汽車的續(xù)航能力，為用戶帶來更優(yōu)的駕駛體驗。與碳化硅相比，氮化鎵的開關(guān)頻率更高，由于氮化鎵具有較高的電子遷移率，因此關(guān)斷時間幾乎為零，開關(guān)損耗相對較小。同時，氮化鎵的熱處理能力和功率密度較高，使用氮化鎵元件能夠起到提高功率轉(zhuǎn)換效率、降低電池成本的作用。

納微在業(yè)內(nèi)會議中提到，使用氮化鎵的車載充電器與傳統(tǒng)的車載供電器相比，充電速度提升60%以上，兩個充電器體積相同時，氮化鎵車載充電器充電速度能夠提升近3倍，且重量顯著降低。

在汽車領(lǐng)域應(yīng)用中，為降低車載逆變器體積、提高性能，大多采用氮化鎵和碳化硅的功率器件。目前，氮化鎵的價格約為硅基器件的3倍左右，碳化硅的價格約為硅基器件的10倍左右。由于氮化鎵與碳化硅同樣具有高頻、低通、低損耗的特性，因此在成本方面氮化鎵更具優(yōu)勢。

安世半導(dǎo)體車規(guī)級650V氮化鎵功率器件

對于車規(guī)級功率器件而言，安世半導(dǎo)體最具發(fā)言權(quán)，安世半導(dǎo)體在汽車領(lǐng)域打拼多年，有著深厚的技術(shù)積累，擁有多條滿足嚴(yán)格車規(guī)級認(rèn)證的晶圓產(chǎn)線，且不斷增加產(chǎn)線、擴充產(chǎn)能。憑借深厚的技術(shù)積累，2019年安世半導(dǎo)體汽車功率MOSFET排名全球第二，僅次于英飛凌。

2019年安世半導(dǎo)體率先推出了業(yè)界領(lǐng)先的氮化鎵功率器件。近日，聞泰科技董秘在投資平臺回復(fù)投資者問題中提到，安世半導(dǎo)體推出行業(yè)領(lǐng)先的氮化鎵功率器件，應(yīng)用場景對標(biāo)電動汽車、數(shù)據(jù)中心、高端電源等領(lǐng)域等。在回應(yīng)中還重點強調(diào)了氮化鎵在新能源汽車牽引逆變器中的應(yīng)用，并表示電壓等級為650V的氮化鎵產(chǎn)品現(xiàn)已通過車規(guī)級測試。

GAN063-650WSA是安世半導(dǎo)體的一款通過車規(guī)級測試，電壓等級為650V、導(dǎo)通電阻為50mΩ的氮化鎵功率器件。為避免實際使用中出現(xiàn)尖峰電壓過高，擊穿元器件導(dǎo)致電路損壞的問題，安世對導(dǎo)體對此款產(chǎn)品進行了優(yōu)化，將耐壓值提升至800V，同時還具有極低的浪涌電壓（1.3V/12A），進一步保護了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。可在-55℃至175℃的溫度環(huán)境下工作，能夠很好的適配汽車應(yīng)用的溫度需求，主要應(yīng)用于汽車電源轉(zhuǎn)換和牽引逆變器。上圖為GAN063-650WSA在電壓為650V、溫度為175℃，極限工作狀態(tài)下AEC-Q101 Rev D級別的認(rèn)證測試結(jié)果，據(jù)檢測結(jié)果顯示，這款氮化鎵功率器件動態(tài)導(dǎo)通電阻的最大偏移小于15%，遠低于AEC-Q101 Rev D級偏移20%的要求。

上圖為GAN063-650WSA連續(xù)工作1000個小時的測試結(jié)果，從參數(shù)可以看出，轉(zhuǎn)換效率接近98%，且1000個小時內(nèi)，轉(zhuǎn)換效率一直保持穩(wěn)定狀態(tài)，滿足車規(guī)級AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的要求。

從以上高溫、高壓以及效率測試結(jié)果來看，安世半導(dǎo)體的車規(guī)級氮化鎵產(chǎn)品工作的穩(wěn)定性和將近98%轉(zhuǎn)換效率，非常適用于在汽車領(lǐng)域中應(yīng)用，并提升汽車的能效。據(jù)媒體報道，安世半導(dǎo)體現(xiàn)已針對電壓等級為900V的氮化鎵器件進行開發(fā)，且未來還有針對1200V產(chǎn)品的計劃，致力于打破氮化鎵產(chǎn)品只能在中低壓應(yīng)用的局面。

納微半導(dǎo)體汽車市場布局

納微是全球唯一一家，提供從20瓦到20千瓦完全方案的氮化鎵企業(yè)。近期，電子發(fā)燒友網(wǎng)獲悉，納微半導(dǎo)體將進軍汽車領(lǐng)域，拓展氮化鎵在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，今年第四季度，納微在上海設(shè)立了專注于電動汽車相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)中心，并不斷廣發(fā)“英雄帖”壯大電動車產(chǎn)品的研發(fā)團隊。

據(jù)納微表示，目前已經(jīng)與汽車廠商展開合作，共同開展OBC和DC/DC產(chǎn)品的研發(fā)工作，并將會在汽車領(lǐng)域進行大規(guī)模的投入，預(yù)計明年一季度開始陸續(xù)發(fā)布基于氮化鎵汽車應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)品，明年第四季度完成車規(guī)級產(chǎn)品認(rèn)證，首個基于納微產(chǎn)品的車載充電器項目將于2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。同時納微會在11千瓦、6.6千瓦、22千瓦的OBC，以及4千瓦的DC/DC里加入新的想法，實現(xiàn)架構(gòu)上的突破，充分體現(xiàn)氮化鎵在成本、效率、功率密度方面的優(yōu)勢。

結(jié)語

氮化鎵驅(qū)動著電力電子行業(yè)的發(fā)展，在OBC應(yīng)用中，產(chǎn)品體積能減小至原本的20%，充電效率提升至98%，在DC/DC應(yīng)用中，功率密度也能呈翻倍式的增長，隨著技術(shù)的發(fā)展，氮化鎵功率器件的電壓等級將會得到提升，未來在汽車領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

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