大廠聯手推進，GaN邁進OBC和48V系統
2023-10-15 10:48:23??????點擊：
大廠聯手推進，GaN邁進OBC和48V系統
電子發燒友網報道（文/梁浩斌）GaN功率器件的價格在近年持續下跌，部分650V、150V規格的GaN器件價格已經與同規格的硅基器件相近，并且高頻性能更強，效率更高。在GaN的成本優勢之下，帶動了GaN繼續拓展消費類電源外的市場領域。
GaN進軍汽車應用亟待突破
GaN上車其實在幾年前就成為了行業內頭部企業的主要目標之一。2021年納微半導體預測，一輛電動車中，潛在能夠應用到GaN的部件的市場機會超過250美元，到了2025年，電動汽車中，GaN功率芯片市場機會總值每年將有望超過25億美元。
2021年第四季度，納微半導體就在上海設立了第一個面向全球的電動汽車相關應用產品研發中心。
2020年英諾賽科的100V低壓GaN就已經成功導入禾賽激光雷達并實現量產。2021年4月，英諾賽科GaN功率產品進入兩輪電動車市場，應用于充電模塊中。去年英諾賽科推出INN100W08和INN100W14兩款應用在汽車激光雷達上的GaN器件，成功進入汽車激光雷達市場。
聞泰旗下安世半導體早在2020年推出了車規級GaN FET，并與聯合汽車電子、VisIC、京瓷等汽車零部件供應商合作，開發用于電動汽車的GaN功率模塊等產品。
不過，與目前已經大規模被應用到中高端電動汽車中的SiC不同，GaN目前來看在汽車上的應用主要還是在于座艙內無線/有線快充、激光雷達等領域，還未涉及到車載動力以及充電方面的部件。
在各大GaN廠商的規劃中，GaN將會在400V平臺的車型上被應用到主驅逆變器、DC-DC、OBC等各個方面。包括早在2020年GaN Systems就展示了一款全GaN汽車，幾乎所有功率器件都采用了GaN，證明GaN在汽車功率轉換方面應用的可行性。寶馬也在2021年宣布與GaN Systems合作，就寶馬高性能車載標準的GaN功率半導體簽署了全面的產能協議，當時合作金額達1億美元。
但也有一些業內人士認為，主機廠在主驅、OBC上應用GaN產品的意愿不太強烈。相比之下，GaN在充電樁、光伏等市場的發展確定性會更高。從目前市面上的電動汽車產品來看，也確實還未有主驅、OBC等應用GaN的先例。
GaN開始邁進汽車動力系統
GaN要進入到電動汽車主驅等關鍵動力系統中并不容易，前面提到主機廠在主驅、OBC上應用GaN產品的意愿不太強烈，其中原因大概有兩點：
一是在性能上，汽車主驅或者OBC等高壓應用中GaN的性能相比碳化硅是有差距的，而成本上GaN又不及硅基器件，車企從性能和成本兩個方面都沒有太大的驅動力去使用GaN；二是GaN沒有在新能源汽車高壓電路中大規模應用的案例，車企往往不愿意冒這個風險，特別是在涉及到汽車運行安全的主驅中。
不過，隨著GaN在消費領域的體量增加，成本逐步接近硅基功率器件，那么接下來在汽車領域，采用GaN的部件成本可能也將很快接近同類的車規硅基功率器件。
今年以來，各大GaN廠商也開始逐步邁進汽車OBC、48V系統、主驅逆變器等核心領域。
英諾賽科今年進一步將GaN器件導入到汽車OBC、以及48V輕混系統中，近期還發布了一款采用16顆 InnoGaN器件的2.4kW buck/boost 方案，為輕混汽車48V系統提供基于GaN的先進解決方案，與當前的Si解決方案相比，Buck滿載效率（2400W）提升1.8%，整機損耗減小41%。
GaN Systems今年8月宣布和上海安世博能源科技達成合作，將聚焦于優化電動車效率及功率密度的拓撲優化、先進集成電源模塊設計及高頻率磁性組件的研發上。合作覆蓋6.6kW 及 11kW 的OBC產品。
采埃孚日本子公司ZF Japan在早前宣布將在2028年后推出GaN和GaO功率器件的電動汽車逆變器。
意法半導體也在近期宣布開始量產能夠簡化高效功率轉換系統設計的增強模式PowerGaN HEMT器件，同時今年內還將會推出新款的車規GaN器件，其中還包括更大功率的封裝形式，包括PowerFLAT 8x8 DSC和LFPAK 12x12大功率封裝，或有望能在電動汽車高壓系統中應用。
聞泰科技在近期接受調研中表示，公司旗下安世半導體GaN量產產品主要是在工業領域應用，明后年也就是2024-2025年公司GaN產品將會應用到400V平臺電動汽車上。
在800V平臺上，目前各大GaN廠商也正在推動1200V GaN器件的量產。量芯微（GaNPower）已經在全球范圍內率先實現1200V 硅基GaN HEMT的商業化量產，今年2月，美國廠商NexGen Power Systems也宣布成功開發出700V/1200V垂直GaN功率半導體器件，并預計在今年第三季度開始全面量產。
除此之外，Odyssey、博世等廠商都在持續推進1200V GaN器件開發以及應用，由于GaN相比SiC具有成本優勢，因此未來如果1200 V GaN器件成熟后，在汽車領域將會有很大的發展空間。
寫在最后
盡管目前主機廠對GaN在高壓系統中應用，甚至是主驅中的應用還未有很強烈的意向，但隨著GaN廠商逐步提高器件可靠性，以及成本持續下降后，GaN將有望在400V平臺上替代IGBT器件，能夠被應用到主驅、OBC等領域。
電子發燒友網報道（文/梁浩斌）GaN功率器件的價格在近年持續下跌，部分650V、150V規格的GaN器件價格已經與同規格的硅基器件相近，并且高頻性能更強，效率更高。在GaN的成本優勢之下，帶動了GaN繼續拓展消費類電源外的市場領域。
GaN進軍汽車應用亟待突破
GaN上車其實在幾年前就成為了行業內頭部企業的主要目標之一。2021年納微半導體預測，一輛電動車中，潛在能夠應用到GaN的部件的市場機會超過250美元，到了2025年，電動汽車中，GaN功率芯片市場機會總值每年將有望超過25億美元。
2021年第四季度，納微半導體就在上海設立了第一個面向全球的電動汽車相關應用產品研發中心。
2020年英諾賽科的100V低壓GaN就已經成功導入禾賽激光雷達并實現量產。2021年4月，英諾賽科GaN功率產品進入兩輪電動車市場，應用于充電模塊中。去年英諾賽科推出INN100W08和INN100W14兩款應用在汽車激光雷達上的GaN器件，成功進入汽車激光雷達市場。
聞泰旗下安世半導體早在2020年推出了車規級GaN FET，并與聯合汽車電子、VisIC、京瓷等汽車零部件供應商合作，開發用于電動汽車的GaN功率模塊等產品。
不過，與目前已經大規模被應用到中高端電動汽車中的SiC不同，GaN目前來看在汽車上的應用主要還是在于座艙內無線/有線快充、激光雷達等領域，還未涉及到車載動力以及充電方面的部件。
在各大GaN廠商的規劃中，GaN將會在400V平臺的車型上被應用到主驅逆變器、DC-DC、OBC等各個方面。包括早在2020年GaN Systems就展示了一款全GaN汽車，幾乎所有功率器件都采用了GaN，證明GaN在汽車功率轉換方面應用的可行性。寶馬也在2021年宣布與GaN Systems合作，就寶馬高性能車載標準的GaN功率半導體簽署了全面的產能協議，當時合作金額達1億美元。
但也有一些業內人士認為，主機廠在主驅、OBC上應用GaN產品的意愿不太強烈。相比之下，GaN在充電樁、光伏等市場的發展確定性會更高。從目前市面上的電動汽車產品來看，也確實還未有主驅、OBC等應用GaN的先例。
GaN開始邁進汽車動力系統
GaN要進入到電動汽車主驅等關鍵動力系統中并不容易，前面提到主機廠在主驅、OBC上應用GaN產品的意愿不太強烈，其中原因大概有兩點：
一是在性能上，汽車主驅或者OBC等高壓應用中GaN的性能相比碳化硅是有差距的，而成本上GaN又不及硅基器件，車企從性能和成本兩個方面都沒有太大的驅動力去使用GaN；二是GaN沒有在新能源汽車高壓電路中大規模應用的案例，車企往往不愿意冒這個風險，特別是在涉及到汽車運行安全的主驅中。
不過，隨著GaN在消費領域的體量增加，成本逐步接近硅基功率器件，那么接下來在汽車領域，采用GaN的部件成本可能也將很快接近同類的車規硅基功率器件。
今年以來，各大GaN廠商也開始逐步邁進汽車OBC、48V系統、主驅逆變器等核心領域。
英諾賽科今年進一步將GaN器件導入到汽車OBC、以及48V輕混系統中，近期還發布了一款采用16顆 InnoGaN器件的2.4kW buck/boost 方案，為輕混汽車48V系統提供基于GaN的先進解決方案，與當前的Si解決方案相比，Buck滿載效率（2400W）提升1.8%，整機損耗減小41%。
GaN Systems今年8月宣布和上海安世博能源科技達成合作，將聚焦于優化電動車效率及功率密度的拓撲優化、先進集成電源模塊設計及高頻率磁性組件的研發上。合作覆蓋6.6kW 及 11kW 的OBC產品。
采埃孚日本子公司ZF Japan在早前宣布將在2028年后推出GaN和GaO功率器件的電動汽車逆變器。
意法半導體也在近期宣布開始量產能夠簡化高效功率轉換系統設計的增強模式PowerGaN HEMT器件，同時今年內還將會推出新款的車規GaN器件，其中還包括更大功率的封裝形式，包括PowerFLAT 8x8 DSC和LFPAK 12x12大功率封裝，或有望能在電動汽車高壓系統中應用。
聞泰科技在近期接受調研中表示，公司旗下安世半導體GaN量產產品主要是在工業領域應用，明后年也就是2024-2025年公司GaN產品將會應用到400V平臺電動汽車上。
在800V平臺上，目前各大GaN廠商也正在推動1200V GaN器件的量產。量芯微（GaNPower）已經在全球范圍內率先實現1200V 硅基GaN HEMT的商業化量產，今年2月，美國廠商NexGen Power Systems也宣布成功開發出700V/1200V垂直GaN功率半導體器件，并預計在今年第三季度開始全面量產。
除此之外，Odyssey、博世等廠商都在持續推進1200V GaN器件開發以及應用，由于GaN相比SiC具有成本優勢，因此未來如果1200 V GaN器件成熟后，在汽車領域將會有很大的發展空間。
寫在最后
盡管目前主機廠對GaN在高壓系統中應用，甚至是主驅中的應用還未有很強烈的意向，但隨著GaN廠商逐步提高器件可靠性，以及成本持續下降后，GaN將有望在400V平臺上替代IGBT器件，能夠被應用到主驅、OBC等領域。
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