ROHM推出全新Power Stage IC：可替代Si MOSFET，器件体积减少99％

近年来，为了实现可持续发展的社会，对消费电子和工业设备的电源提出了更高的节能要求。针对这种需求，GaN HEMT作为一种非常有助于提高功率转换效率和实现器件小型化的器件被寄予厚望。

在此背景下，全球知名半导体制造商ROHM结合其擅长的功率和模拟两种核心技术优势，面向数据服务器等工业设备和AC适配器等消费电子设备的一次侧电源，开发出集650V GaN HEMT和栅极驱动用驱动器等于一体的EcoGaN™ Power Stage IC——“BM3G0xxMUV－LB”（BM3G015MUV－LB、BM3G007MUV－LB）。

该产品可以替代现有的Si MOSFET，从而使器件体积减少99％，功率损耗降低55％，有助于减少服务器和AC适配器的体积或者损耗。

据罗姆半导体（上海）有限公司技术中心副总经理周劲介绍，GaN作为当前比较热门的第三代半导体代表，与Si相比GaN的禁带宽度、击穿场强、电子饱和速度都高出三倍左右，它的宽度更宽、场强更大，饱和速度更快，具有更优异的物理性能，特别是在高频率工作、高速开关的状态下，比Si甚至SiC都有更好的表现；而高电子迁移率晶体管（HEMT）具有晶体管的结构，区别于Si MOSFET的垂直结构，HEMT是水平方向构成，控制导通宽度，来控制器件开关。这种构造加上GaN本身的特性，使GaN HEMT的开关速度非常高。相比Si MOSFET，整体开关损耗降低约65％。

从产业发展情况来看，随着5G和PD适配器的普及，市场需求增加，仅凭硅器件无法满足需求，另外，随着电动汽车以及工业系统应用的增加，预计2025年之后会有一个比较大的增长。除了车载应用以外，快充是目前比较广泛地应用GaN器件的领域，如今正朝着小体积、高性价比的产品应用发展。基于上述原因，ROHM对于GaN产业发展极为看好并开发出一系列相关产品。

据悉，ROHM将有助于应用产品的节能和小型化的氮化镓器件命名为“EcoGaN™系列”，并不断致力于进一步提高器件的性能。另外，ROHM不仅致力于元器件的开发，还与业内相关企业积极建立战略合作伙伴关系并推动联合开发，通过助力应用产品的效率提升和小型化，持续为解决社会问题贡献力量。

据了解，ROHM的GaN系列产品主要分为两种耐压等级，与SiC通常应用在车载逆变器、车载DC－DC，甚至铁路、工业设备、太阳能、光伏不同的是，GaN更多的是中等功率、中等电压水平，其显著特点是频率很高，目前最多应用在快充，小型笔记本电脑，未来可能会扩展到车载OBC、数据中心的电源、分布式电源等等应用。

“GaN的使用通常会面临两个问题，第一个是驱动电压（Vth）比较低，通常是1．5～1．8V左右，有噪音的时候会误开启，不一定坏，但是会导致损耗比较高。第二个就是栅极耐压比较低，通常氮化镓器件的标定是5V驱动电压，4．5V以下可以导通但不彻底，到了6V以上则面临栅极损坏的风险，”周劲表示，“GaN最佳驱动电压范围窄，栅极处理起来很难。GaN器件通常工作在很高的频率，噪音和脉冲情况都比较复杂，通常与专门的驱动电路或者驱动器配合使用，但是这样外置元器件数量就多了，通路的寄生参数的影响在工作的200K以上或者是1兆更高，这种寄生参数影响就越来越明显。”

此次新推出的Power Stage IC——“BM3G0xxMUV－LB”，将栅极驱动器和GaN HEMT一体化封装，可轻松替代Si MOSFET。这两者将FET性能最大化，GnA决定效率值，组合在一起实现高速开关，更加充分地发挥氮化镓器件的性能。

新产品为VQFN封装，8×8mm，厚度是1毫米的IC，一体化的封装，驱动电压可实现跟现在的DC－DC控制器一样的水准，启动时间也大幅缩短，传输延迟11纳秒到15纳秒。值得注意的是，这是基于GaN本身的高速特性，相对于普通的产品，开关损耗低，外围电路更简单，仅需一个外置器件，有助于应用产品的小型化。使用这款Power Stage IC时，相比Si MOSFET开关损耗大幅度降低，相比Si MOSFET＋散热片，器件体积显著减小。

从产品框图看，栅极驱动器内置在里面有电压范围接口，通过这个接口使原来的很窄的驱动电压要求可以达到5V到30V。周劲表示：“ROHM发挥在模拟方面的技术优势，加入Power GaN的系列，丰富了产品阵容。在这个芯片里还会有EMI控制，尽管高速电路EMI比较难控制，所以这里面会加强，优化了驱动的波形，不影响速度的情况下，能够控制EMI的技术，还有相应的电源、温度保护等等电路构成，可以简单地把氮化镓器件替代到现有方案中去，而且不需要大幅调整驱动的电压，不用担心噪声影响，简化设计工程师的工时。”

总体而言，新产品有以下三个特点：

1、支持各种一次侧电源电路。驱动的范围宽、启动时间短，可以应用在各种各样的AC－DC的电路中，并且传输延迟时间短，基本上不用太考虑延迟时间，整个环路等等的设计会比较容易。

2、进一步降低功耗。在导通损耗影响不大的情况下，相比Si MOSFET单体减少55％，相比普通产品，仍然可以做到减少约20％的程度；

3、应用产品可进一步小型化。元器件数量上，普通产品是9个相关元器件，而罗姆的新产品使得驱动方式进一步简化，外置Power Stage相关元器件只需1个。

据悉，新产品目前有两款，一个是BM3G007MUV－LB，一个是BM3G015MUV－LB，导通电阻分别是70毫欧和150毫欧。此外，还备有三款评估板，一款是BM3G007MUV－EVK－002，用来评估芯片的整体方案性能，另外两款BM3G007MUV－EVK－003和BM3G015MUV－EVK－003，可移植到客户现有方案进行测试。新产品已于2023年6月开始量产（样品价格4，000日元／个，不含税）。