外围电路减少89%！这款GaN破解驱动难题

7月19日，罗姆面向数据中心电源等领域，推出了全新的氮化镓IC——集成了650VGaN HEMT和栅极驱动器，相比硅器件，这款IC体积缩小了减少99%，功耗降低55%，而且外围器件也减少大约89%，非常方便易用。

罗姆的EcoGaN究竟是如何做到的？对此，“行家说三代半”采访了罗姆半导体（上海）有限公司技术中心副总经理周劲。

罗姆ECOGaN：

器件体积减少99%，功耗降低55%

在理想情况下，65%的硅基功率器件应用都可以采用氮化镓进行替代，但由于GaN功率器件具有开关速度快、栅极击穿电压低、反向续流损耗大等特点，传统驱动芯片无法高效可靠地驱动GaN功率器件。因此，工程师在采用GaN HEMT进行电源设计时并不轻松。

通常GaN Hemt驱动存在2个难题：驱动电压低，容易误启动；栅极耐电压低，栅极容易损耗，因此需要专门的驱动器，不仅增加了设计复杂度，也额外增加了系统成本。

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在这种的背景下，周劲告诉“行家说三代半”，罗姆通过结合自身所擅长的功率和模拟2种核心技术优势，开发出了集650V GaN HEMT和栅极驱动器于一体的Power Stage IC——BM3G0xxMUV-LB，这款产品能够帮助电源工程师轻轻松松解决GaN器件的应用难题。

首先，外围器件减少89%。

目前市场上的常见GaN Hemt驱动是将栅极驱动电压精准控制在6V以下，并通过增设电容来解决过充的额定电压。据周劲介绍，这种方式通常需要外置9颗器件，导致工程师增加了额外的设计工作，系统成本也较高。

为解决此问题，罗姆透过独家研发技术，将GaN的闸极–源极额定电压提升至8V，此设计将既有的额定电压容限扩大一倍，可避免GaN元件受过充电压影响，从而强化产品可靠性，而且，罗姆Power Stage IC的外置相关器件只有1颗，相比其他厂商减少大约88.88%，所以有助于降低设计工作负担与电容增设成本。

其次，与Si MOSFET相比，罗姆Power Stage IC的器件体积可减少约99%，功率损耗可降低约55%，因此可同时实现更低损耗和更小体积。

第三，在高功率密度电源系统应用中，如何降低系统EMI噪声和损耗是GaN驱动面临的一个重要挑战。

罗姆半导体采用专用的栅极驱动器，并通过新增EMI控制、LDO和温度保护等新功能，有效降低了dV/dt及开关损耗，并解决了栅极振荡、误导通、EMI噪声等可靠性问题。

第四，罗姆的EcoGaN还具有更宽的驱动电压范围（2.5V～30V）、启动时间短、传输延迟时间短等特点，因此能够很好地支持各种一次侧电源电源，例如反激式、交错式PFC、半桥拓扑和图腾柱PFC等。

罗姆表示，未来他们内置650V GaN Hemt的EcoGaN Power Stage IC的产品阵容还将持续多大，预计2024年Q1推出准谐振AC-DC产品和功率因数改善产品，2024年Q2推出半桥GaN产品，从而让工程师借此缩短产品开发周期，加快产品上市步伐。

中国数据中心将增长70%

能耗或超3个三峡电站

在人工智能、云计算、大数据等技术拉动之下，尤其是ChatGPT的“声名大噪”，进步一推动了全球数据中心建设爆发式增长。

以中国为例，2022年底，全国在用标准机架总数超过650万架，预计2025年机架总数将超过1100万，相比2022年增长超过69%。

然而，数据中心是能耗大户——2021年我国数据中心能耗总量为1116亿千瓦时，约等于三峡电站1年的发电量；预计到2030年能耗总量将达到约3800亿千瓦时，约等于3个三峡电站的全年发电量。

为了迫使数据中心降低能耗，工信部要求新建大型、超大型数据中心的电能使用效率值达到1.4以下。

据不完全统计，传统服务器中大约有三分之一能量在功率转换中被消耗，目前硅基功率器件特性已接近理论极限，阻碍了服务器电源系统效率的进一步提升，所以亟需向氮化镓技术靠拢，以实现更好的成本效益、能效效益。

据测算，氮化镓功率芯片可以为数据中心减少高达10%的用电量，如果再配合推进数据中心UPS电源及制冷系统的电源替代，其节能效果有望达到20%。

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