自2018年10月25日，MU發(fā)布全球首款GaN充電器，將GaN正式引入消費(fèi)電子領(lǐng)域以來，短短幾年間，各大GaN廠商紛紛涉足相關(guān)產(chǎn)品。當(dāng)前，GaN消費(fèi)電子產(chǎn)品市場已是一片紅海，競爭日趨激烈。
面對GaN在消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀，相關(guān)企業(yè)開始尋求新的增量市場，GaN技術(shù)應(yīng)用由此逐步向新能源汽車、光伏、數(shù)據(jù)中心等其他應(yīng)用場景延伸。GaN的特殊價值，正在消費(fèi)電子之外的多個領(lǐng)域持續(xù)釋放。
GaN正在加速“上車”
在汽車電動化與智能化趨勢下，汽車搭載的電子電力系統(tǒng)越來越多。而與傳統(tǒng)硅材料相比，基于GaN材料制備的功率器件擁有更高的功率輸出密度和更高的能量轉(zhuǎn)換效率，并可以使系統(tǒng)小型化、輕量化，有效降低電力電子零部件體積和重量，GaN由此在新能源汽車領(lǐng)域覓得發(fā)展良機(jī)。
隨著新能源汽車市場爆發(fā)，GaN已率先在車載激光雷達(dá)產(chǎn)品中落地應(yīng)用，并在車載充電器（OBC）、DC/DC轉(zhuǎn)換器等部件中有一定應(yīng)用潛力，未來可期。風(fēng)口下，整車廠商、零部件供應(yīng)商、GaN相關(guān)廠商等紛紛嘗試將GaN產(chǎn)品引入新能源汽車領(lǐng)域。
優(yōu)越的開關(guān)性能使得GaN更適合用于車載激光雷達(dá)，伴隨著激光雷達(dá)在量產(chǎn)新能源汽車中的應(yīng)用力度持續(xù)加大，GaN器件產(chǎn)品成為“香餑餑”。2023年，英諾賽科低壓車規(guī)級GaN產(chǎn)品已在頭部車企的車載激光雷達(dá)中得到應(yīng)用，并實現(xiàn)量產(chǎn)。英諾賽科還在2023年底推出100V車規(guī)級GaN器件新品，目前已通過AEC-Q101認(rèn)證，該產(chǎn)品同樣適用于自動駕駛及其他先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)應(yīng)用中的車規(guī)級激光雷達(dá)。
圍繞新能源汽車車載充電器（OBC），GaN Systems在應(yīng)用電力電子會議 (APEC 2023) 上發(fā)表了11kW/800V氮化鎵車載充電器參考設(shè)計，與采用SiC產(chǎn)品相比，功率密度提高36%，整體物料清單 (BOM) 成本至少降低15%。此外，GaNPower也已開始布局GaN在OBC上的應(yīng)用研發(fā)，并且和汽車電子公司加拿大麥格納集團(tuán)簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。
高壓汽車應(yīng)用GaN解決方案供應(yīng)商VisIC公司則將目光瞄準(zhǔn)了電動汽車逆變器，在2021年12月已開始和汽車動力總成技術(shù)公司hofer powertrain共同開發(fā)用于800V汽車應(yīng)用的基于GaN的逆變器，而在2023年9月，VisIC又開始與化合物半導(dǎo)體材料供應(yīng)商IQE合作開發(fā)用于電動汽車逆變器的高可靠性D型GaN功率產(chǎn)品。
值得一提的是，博世正在開發(fā)一種在歐洲生產(chǎn)的、用于汽車的1200V氮化鎵技術(shù)。在新能源汽車領(lǐng)域，GaN器件目前主要占據(jù)400V以下應(yīng)用，在中低端汽車市場發(fā)展空間較大。同時，GaN器件正在往高壓應(yīng)用上推進(jìn)研發(fā)，除博世研發(fā)車用1200V氮化鎵技術(shù)外，GaNPower已向業(yè)界展示過首款1200V單芯片（E型GaN功率器件）。
整體來看，氮化鎵在新能源汽車領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Σ蝗菪∮U，正在加速置身于應(yīng)用大舞臺的聚光燈下。
GaN在光伏領(lǐng)域持續(xù)滲透
在光伏領(lǐng)域，GaN光伏逆變器可將功率密度提高5倍以上，應(yīng)用方面的突破性進(jìn)展使得GaN功率器件找到了又一個可以釋放價值的市場。
早在2022年11月，美國光伏企業(yè)Solarnative宣布，旗下微型光伏逆變器Power Stick搭載了由EPC提供的GaN器件，實現(xiàn)了業(yè)內(nèi)最佳的功率效益——將功率密度提升了5倍。
GaN器件應(yīng)用對于光伏逆變器性能提升是顯著的，吸引了不少廠商的目光。聚焦將GaN引入光伏逆變器這一主題，相關(guān)廠商開啟了一系列動作。
產(chǎn)品方面，英諾賽科在2023年7月開始將GaN應(yīng)用于光伏領(lǐng)域，以期進(jìn)一步縮小模塊體積，提高系統(tǒng)效率。而在今年2月底的APEC 2024展會上，英諾賽科展出2KW微逆方案，搭配使用了150V GaN和650V GaN。相比傳統(tǒng)Si方案，2KW微逆體積減小約20%，功率器件損耗減小35%，不僅大幅提升系統(tǒng)性能，還能降低成本。
合作方面，2023年12月，EET公司選用了EPC的增強(qiáng)型氮化鎵(eGaN?)功率晶體管用于其新型SolMate?綠色太陽能陽臺產(chǎn)品。英飛凌則在今年2月與Worksport達(dá)成合作，將在后者的便攜式發(fā)電站的轉(zhuǎn)換器中使用GaN功率器件。
通過導(dǎo)入GaN器件，EET和Worksport公司相關(guān)產(chǎn)品在效率、開關(guān)頻率等方面得到了顯著提升，同時大大降低了體積重量和系統(tǒng)成本。
越來越多的應(yīng)用案例表明，GaN有望成為光伏行業(yè)的“主力軍”之一。
GaN在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)展
服務(wù)器電源及其冷卻系統(tǒng)對能源消耗，占據(jù)了數(shù)據(jù)中心較大一部分運(yùn)營成本，而GaN能夠提供卓越的性能和效率，使得數(shù)據(jù)中心減少對冷卻系統(tǒng)的需求，更加節(jié)能，并最終使數(shù)據(jù)中心更具成本效益，因而數(shù)據(jù)中心工程師越來越傾向于使用搭載GaN器件的電源模塊。
GaN在數(shù)據(jù)中心電源模塊的應(yīng)用方面，英諾賽科推出了搭載100V SolidGaN的1kW DCDC電源模塊和搭載650V GaN的2kW PSU方案，契合當(dāng)前AI、云計算對數(shù)據(jù)中心供電高效高功率密度的需求。
而納微半導(dǎo)體基于其最新高功率氮化鎵芯片GaNSafe?打造的CRPS185?3200W鈦金Plus效率服務(wù)器電源，以98W/inch3的超高功率密度和96.52%的極高峰值效率，成為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源產(chǎn)品新標(biāo)桿。
此外，CGD正在與群光電能科技和英國劍橋大學(xué)技術(shù)服務(wù)部 (CUTS) 共同設(shè)計和開發(fā)使用GaN的先進(jìn)、高效、高功率密度數(shù)據(jù)中心電源產(chǎn)品。
GaN本身的開關(guān)損耗小，非常適合應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的電源模塊，并已落地相關(guān)案例，未來仍可能向電源之外的其他部件延伸應(yīng)用，在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的前景可期。
總結(jié)
消費(fèi)電子是GaN器件已經(jīng)大規(guī)模出貨的市場，搭載GaN器件的PD充電器有望成為手機(jī)、筆記本充電器的主流產(chǎn)品，未來，GaN大概率將會滲透到更多類型的消費(fèi)電子產(chǎn)品當(dāng)中。
新能源汽車也是GaN應(yīng)用潛力較大的市場之一，GaN可以用到新能源汽車的牽引逆變器、電機(jī)控制與驅(qū)動、OBC、DC/DC轉(zhuǎn)換器、激光雷達(dá)上的電源模塊等場景中，目前已有相關(guān)車規(guī)級GaN產(chǎn)品得到實際應(yīng)用，將朝著高壓、高功率密度、高可靠性等方向持續(xù)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化升級。
在光伏領(lǐng)域，目前已經(jīng)有部分微型逆變器產(chǎn)品導(dǎo)入了GaN器件，GaN器件的價值體現(xiàn)在促成光伏逆變器的小型化與輕量化、大幅降低成本等多個方面，有望推動光伏逆變器向家用等場景不斷延伸。
隨著數(shù)據(jù)中心的算力和功率不斷攀升，能耗也越來越大，業(yè)內(nèi)致力于在同樣的體積下不斷提升功率密度，而GaN在提升功率密度方面有優(yōu)勢，同時，保證了在各種負(fù)載狀態(tài)的高效率，因此，越來越多的數(shù)據(jù)中心廠商開始導(dǎo)入采用GaN器件的電源模塊。此外，GaN也可用于數(shù)據(jù)中心的高速通信模塊，提供更快速、穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)傳輸。GaN在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應(yīng)用潛力充分釋放后，GaN廠商有望獲得又一增量市場。
目前看來，GaN應(yīng)用場景大多集中在650V以下的中低壓功率器件范圍，隨著技術(shù)水平持續(xù)提升以及成本不斷優(yōu)化，GaN有能力沖擊高壓范圍。
根據(jù)TrendForce集邦咨詢《2023全球GaN功率半導(dǎo)體市場分析報告》顯示，全球GaN功率元件市場規(guī)模將從2022年的1.8億美金成長到2026年的13.3億美金，復(fù)合增長率高達(dá)65%。預(yù)計至2025年左右，GaN將小批量地滲透到低功率OBC和DC-DC中，再遠(yuǎn)到2030年，OEM或考慮將該技術(shù)引入牽引逆變器。（文：集邦化合物半導(dǎo)體Zac）
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