APEC是最重要的電力電子盛會之一。來自學術界和工業(yè)界的許多人有機會討論了有關GaN 和 SiC的最新消息。在會議期間，我有機會與這么多專家交談，并進一步冒險進入這個驚人的寬帶隙生態(tài)系統(tǒng)。

有一點是肯定的：GaN 和 SiC 是未來，但硅將始終發(fā)揮作用，晶圓上的新更新（將在文章中介紹）勢必會改善特性。事實上，Applied Novel Devices (AND) 正在與 Skywater Technology 合作開發(fā)一種新的晶體管技術，該技術可為快速開關電源轉換應用提供顯著優(yōu)勢。功率 MOSFET 通過 AND 的專有通道工程技術提供 2 倍的低輸出電荷、接近零的反向恢復和超低 Qoss。硅會卷土重來嗎？我們會看看接下來會發(fā)生什么。

研討會

田納西大學諾克斯維爾分校 (UTK) 教授 Fred Wang 談到了用于電網(wǎng)應用的新興高壓 SiC 器件，重點關注 HV SiC 在轉換器（設備）和系統(tǒng)級的潛在優(yōu)勢。同一天，PowerAmerica/北卡羅來納州立大學的 SiC 教授 Victor Veliadis 說明了寬帶隙雙向開關及其對未來交流電源轉換器和應用的影響。碳化硅將提高效率，使產(chǎn)業(yè)鏈中的所有動力總成更有效地制造。下一代電動汽車將成為復雜智能電網(wǎng)的一部分，其關鍵特征是完整的雙向智能節(jié)點。

圖 1：Si、SiC 和 GaN（來源：Victor Veliadis – Infineon）

圖 2：寬帶隙應用（來源：Victor Veliadis，圖表：Isic C. Kizilyalli等人，ARPA-e 報告 2018， https ://arpa-e.energy.gov/sites/default/files/documents/files/ ARPA-E_Power_Electronics_Paper-April2018.pdf )

Efficient Power Conversion Corporation 的應用副總裁 Michael A. de Rooij 和電機驅動系統(tǒng)和應用總監(jiān) Marco Palma 談到了 GaN 對 BLDC 電機驅動的好處——設計、性能、冷卻和可靠性。今天，永磁電機，也稱為直流無刷電機，被廣泛使用，與其他電機相比，每立方英寸的扭矩能力更高，動態(tài)性能更高。到目前為止，基于硅的功率器件在逆變器電子產(chǎn)品中一直占主導地位，但如今，它們的性能已接近其理論極限。對更高功率密度的需求日益增加。氮化鎵晶體管和 IC 具有滿足這些需求的最佳屬性。

寬帶隙和電源應用

Danisense 正在通過提供各種電流傳感器重新定義高端電流傳感器市場。電流傳感器技術的選擇取決于應用。下面的表 1 比較了這些不同技術的主要測量參數(shù)的性能。

表 1：當前傳感器應用（來源：Danisense）

Pre-Switch 正在開發(fā)其Cleanwave用于工業(yè)應用的逆變器，旨在減小尺寸和重量。Pre-switch 的首席執(zhí)行官 Bruce Renouard 與他的團隊開發(fā)了世界上第一個 AI DC/AC、AC/DC 軟開關控制器，為包括電動汽車和可再生能源在內(nèi)的各種應用提供了效率和性能優(yōu)勢，并且它已經(jīng)發(fā)布了其 Cleanwave 200kW 逆變器參考的第一個數(shù)據(jù)。預先使客戶能夠構建開關頻率比硬開關 IGBT 系統(tǒng)快 4 到 5 倍、比硬開關 SiC 和 GaN 系統(tǒng)快 35 倍的系統(tǒng)。Pre-Switch 通過使用人工智能 (AI) 不斷調(diào)整開關系統(tǒng)內(nèi)元件的相對時序，從而克服了這些挑戰(zhàn)，迫使諧振抵消電流和電壓波形，從而最大限度地減少開關損耗。

在 APEC 上，Rohm 展示了一種新型電源技術 QuiCur，該技術可改善 DC/DC 轉換器 IC（開關穩(wěn)壓器）和 LDO（線性穩(wěn)壓器）的負載瞬態(tài)響應特性（涉及響應速度和后級電壓穩(wěn)定性的響應性能）。此外，ROHM Semiconductor 還發(fā)布了新的 150V GaN HEMT，即 GNE10xxTB 系列 (GNE1040TB)，可將柵極耐受電壓（額定柵極-源極電壓）提高到業(yè)界領先的 8V，非常適合應用于工業(yè)設備的電源電路，例如基站和數(shù)據(jù)中心，以及物聯(lián)網(wǎng)通信設備。除了大量生產(chǎn)的 SiC 器件和功能豐富的硅器件，ROHM 還開發(fā)了 GaN 器件，可在中壓范圍內(nèi)實現(xiàn)出色的高頻操作，

在新聞發(fā)布會上，Power Integrations 的營銷副總裁 Doug Bailey 和培訓總監(jiān) Andy Smith 介紹了 HiperLCS-2 和 HiperPFS-5。第一個是離線 LLC Switcher IC 芯片組。它在高達 250 W 的 LLC 諧振電源轉換器中實現(xiàn)了 98% 的效率和 40% 的組件數(shù)量減少。該芯片組無需笨重的散熱器或不可靠的光耦合器。相反，HiperPFS-5 是一款高級功率因數(shù)校正 (PFC) 控制器 IC，集成了 750 V PowiGaN 開關，針對負載范圍內(nèi)的高功率因數(shù)和效率進行了優(yōu)化。

Transphorm 技術營銷、應用和業(yè)務開發(fā)高級副總裁 Philip Zuk 強調(diào)了 GaN 產(chǎn)品組合，其中包括 JEDEC 和 AEC-Q101 形式的 650 V 和 900 V 器件以及各種封裝。該產(chǎn)品組合的技術優(yōu)勢很大程度上是由公司的垂直整合驅動的。這種操作模式在 GaN 半導體行業(yè)中并不常見，它允許 Transphorm 控制其器件的設計、外延片（起始材料）和制造工藝。如今，Transphorm 在最廣泛的電源應用中支持最廣泛的電源轉換要求（45 W 至 10+ kW）：電源適配器、數(shù)據(jù)中心和游戲 PSU、加密采礦設備、電動汽車轉換器、可再生能源逆變器、廣泛的工業(yè)系統(tǒng)、航空航天和國防系統(tǒng)等。

EPC 首席執(zhí)行官 Alex Lidow 展示了最新的 GaN 解決方案，例如用于高密度計算和汽車的 48 V DC-DC，用于倉庫自主機器人、電動汽車和無人機等各種應用的基于 GaN 的電機驅動器以減小尺寸和重量，擴大范圍并提高可靠性。而且，基于 GaN 的 USB-C 快速充電器可以比傳統(tǒng)的基于硅的充電器小 40%，充電速度快 2.5 倍。

從硅 (Si) 到寬帶隙（SiC 和 GaN），英飛凌演講者討論了業(yè)界種類最多的電源解決方案，使產(chǎn)品設計人員能夠實現(xiàn)從性能和效率到可靠性和成本目標的關鍵設計標準。其 EVAL-M1-6ED2230-B1 電源評估板（在展臺上展示）包括一個 1200 V 三相柵極驅動器 6ED2230S12T 和一個 EasyPIM 1B 1200 V 三相模塊 FP15R12W1T4。它旨在支持功率范圍高達 2 kW 的電機驅動應用。它提供交流和直流輸入以及三相電源輸出，并提供用于電流感應的單發(fā)射極分流器和用于直流母線電壓測量的分壓器。

NexGen Power Systems 展示了由垂直 GaN 器件驅動的技術。從超緊湊的筆記本電腦電源適配器到更時尚、更智能的照明設計，從高能效的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心到續(xù)航里程更長的電動汽車，NexGen 聲稱能夠改變電源方程。NexGen Power Systems 聯(lián)合首席執(zhí)行官 Dinesh Ramanathan 表示：“實現(xiàn)下一代電力應用需要改變游戲規(guī)則的系統(tǒng)級重塑?！癗exGen 處于最前沿：成為推動清潔和可再生能源轉型前沿的創(chuàng)新電力轉換系統(tǒng)的領先設計者、開發(fā)商和制造商?！?/p>

德州儀器副總裁兼總經(jīng)理 Steve Lambouses 討論了未來的電源管理設計挑戰(zhàn)，包括提高功率密度、降低電磁干擾 (EMI)、噪聲、靜態(tài)電流 (IQ) 和擴展可靠性。

GaN Systems 首席執(zhí)行官 Jim Witham 展示了用于車載充電器、牽引逆變器和 DC-DC 轉換器實施的最新解決方案。他還向我們介紹了 Syng Alpha Cell，這是 TIME 的 2021 年 100 項最佳發(fā)明之一，并強調(diào)了通過 Orchard Audio 的 Starkrimson Stereo Ultra 放大器和一體式 Starkrimson Streamer Ultra 等產(chǎn)品提供最佳 D 類音頻的解決方案，以及來自 Axign 和 GaN Systems 的新型 500W 無散熱器音頻放大器。

Innoscience Technology 總經(jīng)理 Denis Marcom 談到了與 Heyday 和 MinDCet 等專業(yè)柵極驅動器公司的最新合作。Innoscience 的 GaN HEMT 器件可與 TI、On-Semi、STM、Joulwatt、Southchip、NXP、MPS、Meraki 和 Nuvoltatech 的其他商用柵極驅動器結合使用。我們在這里寫過關于 Innoscience 的文章。

碳化硅晶片

是德科技產(chǎn)品經(jīng)理 Steven Lee 強調(diào)了測試和測量對寬帶隙解決方案的重要性。熱測試、專用和通用電子儀器以及高速、大電流連接都有助于將高質量的寬帶隙設備推向市場，并加速其在從可再生能源到電動汽車等應用中的應用。

Microchip 團隊重點介紹了其 SiC 電源解決方案，以提供最快的上市時間、最低的風險和最低的解決方案總成本。解決方案包括業(yè)界最廣泛和最靈活的 SiC 芯片和二極管、金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET)、可定制的高級功率模塊設計和封裝以及柵極驅動器產(chǎn)品組合。在Microchip 收購 AgileSwitch之后，該團隊設定了一個目標，即開發(fā)一種專門用于 SiC 的柵極驅動器 IC，采用 Microchip 的開關技術，所有這些都集成到一個新的柵極驅動器基板中。

在 APEC 上，村田宣布開發(fā)出 MYC0409，這是業(yè)界功率密度最高 (5.4kW/inch 3 ) 的 48 Vin 4 分壓電荷泵電容分壓器模塊，所有無源元件都集成在薄型 PSiP 封裝中。該設備能夠提供高達 72 瓦的功率，峰值效率約為 97%。這種交錯式開關電容器架構基于村田獨特的無損電荷泵技術，可提供極低的輸入和輸出紋波性能。該解決方案采用緊湊的占位面積，高度為 2.0 毫米，非常適合薄型應用和系統(tǒng)板底部放置。

STMicroelectronics 展示了用于 21 kW 電池充電的完整 AC/DC 解決方案演示，該解決方案利用交錯 7 kW 相位的數(shù)字控制和 180 kW 牽引逆變器驅動電源模塊，以及完全集成的 AC/DC 至 65 W USB-PD 控制器具有 GaN 功率級。65 W ST-ONE 和 ViperGaN 45 W 演示，用于 USB-PD 和具有 45 W 單端口接口的基于 GaN 的 AC/DC VIPerPlus 解決方案。

Skyworks 產(chǎn)品線經(jīng)理 Asa Kirby 討論了電動汽車的最新解決方案。Si828x 隔離式柵極驅動器非常適合驅動各種逆變器和電動汽車系統(tǒng)中的碳化硅 (SiC) FET、IGBT 和硅 MOSFET，并支持高達 5.0 kV RMS 和符合 UL1577 的耐受電壓，從而實現(xiàn)更高的性能、更低的與其他隔離式柵極驅動器技術相比，溫度和使用年限的變化、更緊密的部件間匹配以及卓越的共模抑制。Si823Hx 器件是強大的柵極驅動器，適用于基于硅、GaN 或 SiC 的電源轉換器系統(tǒng)，例如 SMPS 或逆變器。特性包括具有 VDD 能力的穩(wěn)健 30 V 驅動器、用于更嚴格環(huán)路控制的低延遲、噪聲過濾；125 kV/μs 的高 CMTI、輸出引腳上的 -5 V 耐壓和過溫保護。

Aehr Test Systems 銷售和營銷執(zhí)行副總裁 Vernon Rogers 強調(diào)了碳化硅在制造方面的下一個挑戰(zhàn)。生產(chǎn) SiC 的主要挑戰(zhàn)涉及材料的特性。由于其硬度（幾乎類似于金剛石），SiC 需要更高的溫度、更多的能量和更多的時間來進行晶體生長和加工。此外，最廣泛使用的晶體結構 (4H-SiC) 具有高透明度和高折射率的特點，因此難以檢查材料是否存在可能影響外延生長或最終組件良率的表面缺陷。

Exawatt 高級研究分析師 Adam Dawson 談到了該公司前段時間發(fā)布的 SiC 報告。Exawatt 預測，到 2030 年，在我們的三個情景中，電動汽車的 SiC 器件和模塊總目標市場 (TAM) 將在 3.3 到 43 億美元之間。SiC 供應鏈中的公司也很忙，對產(chǎn)品和產(chǎn)能進行了一波投資，加上越來越多的推動垂直整合和行業(yè)內(nèi)的整合。

Eggtronic 首席執(zhí)行官 Igor Spinella 談到了 EcoVoltas 超高效電源轉換器，該轉換器可最大限度地提高性能、最小化外形尺寸并提高 AC/DC 電源方案的可靠性，應用范圍從移動設備和筆記本電腦的快速充電器到適配器用于揚聲器、數(shù)據(jù)中心服務器和電動汽車的電源和轉換器。EcoVoltas 演示包括最近推出的 QuarEgg——一種比傳統(tǒng)準諧振 (QR) 和有源鉗位反激 (ACF) 技術提供卓越效率和更低待機功耗的架構——以及用于中等功率、PFC 的零電壓開關 (ZVS) 解決方案在展會期間推出的應用程序。

泰戈爾科技在 APEC 上首次展示了其尺寸更小的 650-V GaN 電源解決方案。雖然 USB-PD 確保了廣泛的兼容性，但電源適配器設計變得更具挑戰(zhàn)性：它現(xiàn)在必須支持廣泛的輸出電壓（相對于固定使用適配器的單一輸出電壓）。與此同時，最終用戶對更輕、更小的適配器的需求占主導地位。近年來，已經(jīng)開發(fā)出氮化鎵功率開關來滿足這些雙重需求。

Nexperia 已在達拉斯啟動了一個新的設計設施，并為其 MOSFET 推出了新的、改進的電熱模型。半導體制造商通常為其 MOSFET 提供仿真模型，但這些模型通常只包括在典型工作溫度下建模的有限數(shù)量的器件參數(shù)。Nexperia 的新高級模型可在 -55 °C 至 175 °C 的整個工作溫度范圍內(nèi)捕獲整套設備參數(shù)的熱相關性。在 APEC 上，Nexperia 還展示了 MOSFET 和 GaN 解決方案，特別是包含 Nexperia 功率 GaN FET 技術的 Ricardo EV 逆變器，

Onsemi 展示了其用于電動汽車的車載充電器評估板。根據(jù) onsemi 工程師 Hussain Athab 的說法，客戶故事不斷推動 GaN 和 SiC 之間的競爭。他說：“我會考慮設計中的挑戰(zhàn)，由于碳化硅，它仍然是 MOSFET。從柵極驅動技術來看，還是類似于 MOSFET，在柵極電平電壓多少方面略有不同。設計人員很容易采用基于碳化硅 MOSFET 的設計而不是 GaN，因為同樣，作為一種技術，它的行為不同。這是一個非?？焖俚脑O備。因此，由于典型 PCB 中存在寄生效應，因此對于 PCB 設計人員來說，處理快速器件并不是一件容易的事。”

Navitas Semiconductor 宣布出貨量突破 4000 萬臺，與 GaN 相關的現(xiàn)場故障報告為零。Navitas 專有的 GaNFast 功率 IC 集成了 GaN 功率 (FET) 和 GaN 驅動器以及自主控制、傳感和保護。其結果是易于使用、高速、高性能的“數(shù)字輸入、電源輸出”構建塊，可提供高達 3 倍的充電速度、一半的尺寸和重量，與相比節(jié)能高達 40%與早期的硅解決方案。此外，他們還宣布為其 GaNFast 技術提供突破性的 20 年有限保修——比典型的硅、SiC 或分立 GaN 功率半導體長 10 倍——并且是 GaN 在數(shù)據(jù)中心、太陽能和電動汽車市場采用的關鍵加速器。

Empower Semiconductor 展示了其集成穩(wěn)壓器 (IVR) 以及傳統(tǒng)電容器的創(chuàng)新硅基替代品。Empower 的 IVR 是高性能電源管理芯片，旨在通過用單個微型 IC 取代傳統(tǒng)的電源管理集成電路 (PMIC)，為耗能大、數(shù)據(jù)密集的電子應用提供效率、尺寸和成本優(yōu)勢。Empower 半導體銷售和營銷高級副總裁 Steve Shultis 談到了 E-CAP。Empower E-CAP 是一種緊湊、高性能、可配置的硅基替代品，可替代多層陶瓷電容器 (MLCC)。

FSB 董事會成員兼顧問 Satya Dixit 展示了一種新的GaN Epitaxi 晶圓。氮化鎵 (GaN) 已成為第三代半導體中事實上的材料。然而，以您需要的質量和您想要的熱阻制造 GaN 晶圓仍然是 Fab 試圖回答的問題。通過使用遠程外延和二維材料層轉移（2DLT）等獨特技術，F(xiàn)SB 旨在通過使用遠程等獨特技術以低成本提供高質量和大規(guī)模的獨立式 GaN 晶圓和 IP外延和二維材料層轉移（2DLT）。

Advanced Energy (AE) 超大規(guī)模技術營銷高級總監(jiān) Harry Soin 闡釋了數(shù)據(jù)中心 48V 電源的下一個戰(zhàn)略。AE 為超大規(guī)模和云領域的行業(yè)領導者提供多種架構。Open CloudServer (OCS) 和 Project Olympus，還有 OCP ORv2 電源架，一個 21 英寸機架，配備 3.3-kW、12-V PSU。其最新的解決方案是 48-V、30-kW 雙饋 EIA 2 RU 電源架，其目標是在超大規(guī)模和企業(yè)數(shù)據(jù)中心中最大限度地降低功耗并提高計算和存儲應用程序的可靠性。

ACDC 營銷總監(jiān) Ahsan Zaman 和 Silanna Semiconductor 營銷總監(jiān) Hubertus Notohamiprodjo 宣布了他們的第一個多端口快速充電器參考設計。新的 AnyPort RD-5結合了公司的 CO 2 Smart Power 系列先進 ACF 控制器和高頻 DC/DC 轉換器，為多端口 65W USB 提供高功率密度、超高效、生產(chǎn)就緒的解決方案-PD 應用。此外，他們還推出了 65W 入墻式 GaN（氮化鎵）快速充電器。新的 3510PDFE 充電器尺寸為 42mm x 42mm x 30mm，采用 Silanna 的 SZ1131 有源鉗位反激式 (ACF) 控制器設計。這是 Smarter Living 將為全球市場提供的一系列緊湊型墻壁插座中的第一款。

我還有機會與 Bs&T Frankfurt am Main GmbH 董事總經(jīng)理 JC Sun、Cambridge GaN Devices 業(yè)務發(fā)展副總裁 Andrea Bricconi、AMX 銷售經(jīng)理 Alessio Greci、客戶運營首席執(zhí)行官兼執(zhí)行副總裁 Dennis Riccio 進行了交談在 X-trinsic，有線和無線技術 (WAWT) 的創(chuàng)始人兼首席分析師 Dinesh Kithany 和 MinDCet 團隊與戰(zhàn)略業(yè)務發(fā)展經(jīng)理 David Czajkowski。

Cambridge GaN解釋說，新的GaN解決方案將從大門進入市場。單擊此處收聽 Andrea Bricconi 的播客采訪。

幾乎所有行業(yè)對組件的需求都在增加——同時，來自汽車、智能手機、醫(yī)療和物聯(lián)網(wǎng)市場，這些市場需要越來越多的組件（磁性、電源等）來生產(chǎn)成品?？梢栽谶@里找到對 JC Sun 的采訪。在下一個 PowerUP 播客中，您將聽到其他磁場專家的聲音，例如線圈繞組的 Lee Emanuel 和 BH Electronics 的 John Decramer。

AMX 為其燒結機開發(fā)了一種新型燒結工具 Micro-Punch，它可以獨立地以特定壓力（熱敏電阻、IGBT、MOSFET、模具、芯片）將每個組件壓在基板上。據(jù) AMX 稱，Micro-Punch 工具可確保均勻的壓力并消除諸如模具破裂、傾斜、分層和空洞等高價值問題。點擊這里查看更多信息。

由于碳化硅在電動汽車和新能源等行業(yè)的相關性，一些公司已經(jīng)審查并投資于晶圓技術，以制定需求驅動的發(fā)展戰(zhàn)略。X-Trinsic 是一家旨在改進制造工藝的公司，專注于盡快加快產(chǎn)品在 SiC 領域的采用。點擊這里查看更多信息。Dinesh Kithany 談到了許多與無線電力相關的話題。欲了解更多信息，請閱讀這篇文章。MinDCet 正在研究 GaN 解決方案。我們在這里討論了使用FTEX 的第一個解決方案。

APEC 是一個偉大的盛會，我很高興見到了很多在電力電子市場上努力工作的偉大人物。我的目標是將所有社區(qū)團結起來，共同推動電力電子的成功，因為這個市場對于多個能源方面都至關重要。PCIM 見！

審核編輯 黃昊宇