GaN“上车”脚步正在加速

GaN“上车”脚步正在加速

电子发烧友网报道(文/梁浩斌)目前碳化硅在电动汽车上的应用如火如荼,今年以来,可以看到包括蔚来ET7、比亚迪E3.0平台、小鹏G9等都已经采用碳化硅器件加持的电机控制器模块,碳化硅器件在新能源汽车上的渗透率在不断提高。


同是第三代半导体的氮化镓,也不仅仅局限于充电器和射频领域,事实上在电动汽车的领域,氮化镓在也已经逐渐加快脚步,希望赶上新能源的这波红利。近日闻泰科技旗下安世半导体宣布与日本京瓷位于奥地利的子公司Kyocera AVX Components达成合作,合作方向主要是氮化镓汽车电源模块。


那么目前为止,氮化镓在汽车上的应用到底进展如何?实际上,氮化镓在充电器上被广泛使用,也就是近几年的事情。汽车应用上,目前距离大规模应用氮化镓还为时尚早。氮化镓“上车”的一个重要转折点是,宝马在2021年与GaN Systems合作,就宝马高性能车载标准的氮化镓功率半导体签署了全面的产能协议,合作金额达1亿美元。


而GaN Systems在更早之前的2020年,还曾展示过一款全氮化镓汽车,采用太阳能蓄电池,证明氮化镓在功率转换方面的可行性,同时也证明了氮化镓在汽车上,也同样具有很大的应用前景。


具体到在汽车中的应用,氮化镓可以在电动汽车的牵引逆变器,以及车载充电器以及DC/DC转换器中发挥作用,同时,激光雷达上的电源模块、汽车座舱内的无线快充,都可以用到氮化镓器件。


比如电动汽车的车载充电器(OBC),使用GaN器件,可以将尺寸减少至原来的五分之一,充电效率可以达到98%,同时还可以减少散热结构。


在DC/DC上,采用GaN器件一个显著的提升是,功率密度大幅提升,可以从1kW/L提升到2kW/L。


另一方面,目前电动汽车高端车型正在逐渐往800V以上的高压平台推进,但原有的800V以下平台,氮化镓可以继续带来效率提升。而这个在未来的中低端汽车市场,将会有很大的发展空间。


据预测,一辆电动车中,潜在能够应用到氮化镓的部件的市场机会超过250美元,到了2025年,电动汽车中,氮化镓功率芯片市场机会总值每年将有望超过25亿美元。


另外,碳化硅目前应用的主要问题在于,碳化硅衬底生长难度大,良率低导致成本较高。而氮化镓功率器件可以在硅衬底上生长,也就是硅基氮化镓器件,并且大多采用标准的CMOS工艺,所以氮化镓在成本、产能、供应上,相比碳化硅具有一定要优势。


除了GaN Systems,闻泰旗下的安世半导体去年也推出了车规级氮化镓功率器件,电压等级为650V,导通电阻为50mΩ。据了解,安世半导体现已针对电压等级为900V的氮化镓器件进行开发,且未来还有针对1200V产品的计划,致力于打破氮化镓产品只能在中低压应用的局面。


确实,以往人们认为氮化镓只适合在650V及以下的中低压应用中,但实际上,氮化镓在功率器件中的潜力,远不止于此。此前晶湛与美国弗吉尼亚理工大学电力电子系统中心合作,成功制备一款氮化镓SBD,实现了超过10kV的超高击穿电压,部分指标甚至要高于同规格的SiC SBD。


在未来的电动汽车上,氮化镓能否对碳化硅的市场份额造成较大冲击这不得而知,但可以确定的是,氮化镓一定会有更大的舞台。

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