GaN如何“风驰”快充市场？

中科院半导体所 

以下文章来源于与非网 ，作者曹顺程

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来源｜与非网（ee-focus）

GaN 为何这么火？

如果再有人这么问你

最简单的回答即是：

因为我们离不开电源

并且不断追求更好的电源系统

当我们谈GaN时你在想什么？

GaN前世今生详解，请查看以下内容

今天，基于 GaN 器件的快充已在消费电子市场站稳脚跟。

现在，我们把时间拨回到 1928 年。一天，Jonason 等人合成了一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，也就是 GaN。恐怕当时他们怎么也想不到，在经历了将近一个世纪不温不火的状态后，今天，GaN 这种新型的半导体材料彻底引爆了全球功率器件的革新。

在消费电子市场的成功说明了目前整个 GaN 行业的制造工艺和相关器件的性能得到了充分的验证。在全球进军工业 4.0、中国新基建开启征程的时刻，5G、工业互联网、新能源车及充电桩、光伏电网及特高压、人工智能、云计算大数据中心等，每年要消耗的能源无疑是一个天文数字，市场急需更高效和更高密度的电源系统。因此，GaN 从幕后站到了前台，如果说消费电子市场的成功只是小试牛刀，那么工业 4.0，中国新基建将会是 GaN 的封神之路。

GaN 为何这么火？究其原因还是在于功率密度的提升，在更小的空间内实现更大的功率，从而以更低的系统成本增强系统功能。提升功率密度的四个重要方面包括：降低损耗、最优拓扑和控制选择、通过机电元件集成来减小系统体积以及有效的散热。

所以本文主要针对这些方面，从 GaN 材料的优势、电源拓扑、功能集成、可靠性以及产品匹配与应用方面加以分析，告诉你 GaN 器件是如何在电源系统中掀翻传统 Si 器件的？

材料的优势

相对于 Si MOSFET 和 IGBT 器件，GaN 器件提供了实质性的改进，包括快速开关时间、低导通电阻、较低的门极电容（例如，GaN 的单位门极电荷小于 1nC-Ω，而 Si 的单位门极电荷为 4nC-Ω），这些特性可以实现更快的导通和关断，同时减少栅极驱动损耗。 

GaN 还提供了较低的单位输出电容（典型的 GaN 器件的单位输出电荷为 5nC-Ω，而传统的 Si 器件为 25nC-Ω），这使设计人员能够在不增加开关损耗的同时实现较高的开关频率，更高的开关频率意味着设计人员能够缩小电源系统中磁性元件的尺寸、重量和数量。

此外，更低的损耗等同于更高效的电源分布，这减少了发热并精简了电源的冷却方案。