大廠聯(lián)手推進(jìn)，GaN邁進(jìn)OBC和48V系統(tǒng)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）GaN功率器件的價(jià)格在近年持續(xù)下跌，部分650V、150V規(guī)格的GaN器件價(jià)格已經(jīng)與同規(guī)格的硅基器件相近，并且高頻性能更強(qiáng)，效率更高。在GaN的成本優(yōu)勢之下，帶動(dòng)了GaN繼續(xù)拓展消費(fèi)類電源外的市場領(lǐng)域。

GaN進(jìn)軍汽車應(yīng)用亟待突破

GaN上車其實(shí)在幾年前就成為了行業(yè)內(nèi)頭部企業(yè)的主要目標(biāo)之一。2021年納微半導(dǎo)體預(yù)測，一輛電動(dòng)車中，潛在能夠應(yīng)用到GaN的部件的市場機(jī)會(huì)超過250美元，到了2025年，電動(dòng)汽車中，GaN功率芯片市場機(jī)會(huì)總值每年將有望超過25億美元。

2021年第四季度，納微半導(dǎo)體就在上海設(shè)立了第一個(gè)面向全球的電動(dòng)汽車相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)中心。

2020年英諾賽科的100V低壓GaN就已經(jīng)成功導(dǎo)入禾賽激光雷達(dá)并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2021年4月，英諾賽科GaN功率產(chǎn)品進(jìn)入兩輪電動(dòng)車市場，應(yīng)用于充電模塊中。去年英諾賽科推出INN100W08和INN100W14兩款應(yīng)用在汽車激光雷達(dá)上的GaN器件，成功進(jìn)入汽車激光雷達(dá)市場。

聞泰旗下安世半導(dǎo)體早在2020年推出了車規(guī)級(jí)GaN FET，并與聯(lián)合汽車電子、VisIC、京瓷等汽車零部件供應(yīng)商合作，開發(fā)用于電動(dòng)汽車的GaN功率模塊等產(chǎn)品。

不過，與目前已經(jīng)大規(guī)模被應(yīng)用到中高端電動(dòng)汽車中的SiC不同，GaN目前來看在汽車上的應(yīng)用主要還是在于座艙內(nèi)無線/有線快充、激光雷達(dá)等領(lǐng)域，還未涉及到車載動(dòng)力以及充電方面的部件。

在各大GaN廠商的規(guī)劃中，GaN將會(huì)在400V平臺(tái)的車型上被應(yīng)用到主驅(qū)逆變器、DC-DC、OBC等各個(gè)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(zhuǎn)換方面應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的GaN功率半導(dǎo)體簽署了全面的產(chǎn)能協(xié)議，當(dāng)時(shí)合作金額達(dá)1億美元。

但也有一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，主機(jī)廠在主驅(qū)、OBC上應(yīng)用GaN產(chǎn)品的意愿不太強(qiáng)烈。相比之下，GaN在充電樁、光伏等市場的發(fā)展確定性會(huì)更高。從目前市面上的電動(dòng)汽車產(chǎn)品來看，也確實(shí)還未有主驅(qū)、OBC等應(yīng)用GaN的先例。

GaN開始邁進(jìn)汽車動(dòng)力系統(tǒng)

GaN要進(jìn)入到電動(dòng)汽車主驅(qū)等關(guān)鍵動(dòng)力系統(tǒng)中并不容易，前面提到主機(jī)廠在主驅(qū)、OBC上應(yīng)用GaN產(chǎn)品的意愿不太強(qiáng)烈，其中原因大概有兩點(diǎn)：

一是在性能上，汽車主驅(qū)或者OBC等高壓應(yīng)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(gè)方面都沒有太大的驅(qū)動(dòng)力去使用GaN；二是GaN沒有在新能源汽車高壓電路中大規(guī)模應(yīng)用的案例，車企往往不愿意冒這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，特別是在涉及到汽車運(yùn)行安全的主驅(qū)中。

不過，隨著GaN在消費(fèi)領(lǐng)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(lǐng)域，采用GaN的部件成本可能也將很快接近同類的車規(guī)硅基功率器件。

今年以來，各大GaN廠商也開始逐步邁進(jìn)汽車OBC、48V系統(tǒng)、主驅(qū)逆變器等核心領(lǐng)域。

英諾賽科今年進(jìn)一步將GaN器件導(dǎo)入到汽車OBC、以及48V輕混系統(tǒng)中，近期還發(fā)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(tǒng)提供基于GaN的先進(jìn)解決方案，與當(dāng)前的Si解決方案相比，Buck滿載效率（2400W）提升1.8%，整機(jī)損耗減小41%。

GaN Systems今年8月宣布和上海安世博能源科技達(dá)成合作，將聚焦于優(yōu)化電動(dòng)車效率及功率密度的拓?fù)鋬?yōu)化、先進(jìn)集成電源模塊設(shè)計(jì)及高頻率磁性組件的研發(fā)上。合作覆蓋6.6kW 及 11kW 的OBC產(chǎn)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(dòng)汽車逆變器。

意法半導(dǎo)體也在近期宣布開始量產(chǎn)能夠簡化高效功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)的增強(qiáng)模式PowerGaN HEMT器件，同時(shí)今年內(nèi)還將會(huì)推出新款的車規(guī)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(dòng)汽車高壓系統(tǒng)中應(yīng)用。

聞泰科技在近期接受調(diào)研中表示，公司旗下安世半導(dǎo)體GaN量產(chǎn)產(chǎn)品主要是在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，明后年也就是2024-2025年公司GaN產(chǎn)品將會(huì)應(yīng)用到400V平臺(tái)電動(dòng)汽車上。

在800V平臺(tái)上，目前各大GaN廠商也正在推動(dòng)1200V GaN器件的量產(chǎn)。量芯微（GaNPower）已經(jīng)在全球范圍內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)1200V 硅基GaN HEMT的商業(yè)化量產(chǎn)，今年2月，美國廠商N(yùn)exGen Power Systems也宣布成功開發(fā)出700V/1200V垂直GaN功率半導(dǎo)體器件，并預(yù)計(jì)在今年第三季度開始全面量產(chǎn)。

除此之外，Odyssey、博世等廠商都在持續(xù)推進(jìn)1200V GaN器件開發(fā)以及應(yīng)用，由于GaN相比SiC具有成本優(yōu)勢，因此未來如果1200 V GaN器件成熟后，在汽車領(lǐng)域?qū)?huì)有很大的發(fā)展空間。

寫在最后

盡管目前主機(jī)廠對GaN在高壓系統(tǒng)中應(yīng)用，甚至是主驅(qū)中的應(yīng)用還未有很強(qiáng)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(xù)下降后，GaN將有望在400V平臺(tái)上替代IGBT器件，能夠被應(yīng)用到主驅(qū)、OBC等領(lǐng)域。