行業(yè)動態(tài)
自2018年10月25日，Anker發(fā)布全球首款GaN充電器，將GaN正式引入消費電子領域以來，短短幾年間，各大GaN廠商紛紛涉足相關產品。當前，GaN消費電子產品市場已是一片紅海，競爭日趨激烈。
面對GaN在消費電子領域應用現狀，相關企業(yè)開始尋求新的增量市場，GaN技術應用由此逐步向新能源汽車、光伏、數據中心等其他應用場景延伸。GaN的特殊價值，正在消費電子之外的多個領域持續(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域覓得發(fā)展良機。
隨著新能源汽車市場爆發(fā)，GaN已率先在車載激光雷達產品中落地應用，并在車載充電器（OBC）、DC/DC轉換器等部件中有一定應用潛力，未來可期。風口下，整車廠商、零部件供應商、GaN相關廠商等紛紛嘗試將GaN產品引入新能源汽車領域。
優(yōu)越的開關性能使得GaN更適合用于車載激光雷達，伴隨著激光雷達在量產新能源汽車中的應用力度持續(xù)加大，GaN器件產品成為“香餑餑”。2023年，英諾賽科低壓車規(guī)級GaN產品已在頭部車企的車載激光雷達中得到應用，并實現量產。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認證，該產品同樣適用于自動駕駛及其他先進駕駛輔助系統(tǒng)應用中的車規(guī)級激光雷達。
圍繞新能源汽車車載充電器（OBC），GaN Systems在應用電力電子會議 (APEC 2023) 上發(fā)表了11kW/800V氮化鎵車載充電器參考設計，與采用SiC產品相比，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上的應用研發(fā)，并且和汽車電子公司加拿大麥格納集團簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。
高壓汽車應用GaN解決方案供應商VisIC公司則將目光瞄準了電動汽車逆變器，在2021年12月已開始和汽車動力總成技術公司hofer powertrain共同開發(fā)用于800V汽車應用的基于GaN的逆變器，而在2023年9月，VisIC又開始與化合物半導體材料供應商IQE合作開發(fā)用于電動汽車逆變器的高可靠性D型GaN功率產品。
值得一提的是，博世正在開發(fā)一種在歐洲生產的、用于汽車的1200V氮化鎵技術。在新能源汽車領域，GaN器件目前主要占據400V以下應用，在中低端汽車市場發(fā)展空間較大。同時，GaN器件正在往高壓應用上推進研發(fā)，除博世研發(fā)車用1200V氮化鎵技術外，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域的發(fā)展?jié)摿Σ蝗菪∮U，正在加速置身于應用大舞臺的聚光燈下。
GaN在光伏領域持續(xù)滲透
在光伏領域，GaN光伏逆變器可將功率密度提高5倍以上，應用方面的突破性進展使得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，實現了業(yè)內最佳的功率效益——將功率密度提升了5倍。
GaN器件應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，相關廠商開啟了一系列動作。
產品方面，英諾賽科在2023年7月開始將GaN應用于光伏領域，以期進一步縮小模塊體積，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的增強型氮化鎵(eGaN?)功率晶體管用于其新型SolMate?綠色太陽能陽臺產品。英飛凌則在今年2月與Worksport達成合作，將在后者的便攜式發(fā)電站的轉換器中使用GaN功率器件。
通過導入GaN器件，EET和Worksport公司相關產品在效率、開關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。
越來越多的應用案例表明，GaN有望成為光伏行業(yè)的“主力軍”之一。
GaN在數據中心領域應用進展
服務器電源及其冷卻系統(tǒng)對能源消耗，占據了數據中心較大一部分運營成本，而GaN能夠提供卓越的性能和效率，使得數據中心減少對冷卻系統(tǒng)的需求，更加節(jié)能，并最終使數據中心更具成本效益，因而數據中心工程師越來越傾向于使用搭載GaN器件的電源模塊。
GaN在數據中心電源模塊的應用方面，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，契合當前AI、云計算對數據中心供電高效高功率密度的需求。
而納微半導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，成為數據中心服務器電源產品新標桿。
此外，CGD正在與群光電能科技和英國劍橋大學技術服務部 (CUTS) 共同設計和開發(fā)使用GaN的先進、高效、高功率密度數據中心電源產品。
GaN本身的開關損耗小，非常適合應用于數據中心的電源模塊，并已落地相關案例，未來仍可能向電源之外的其他部件延伸應用，在數據中心領域的前景可期。
總結
消費電子是GaN器件已經大規(guī)模出貨的市場，搭載GaN器件的PD充電器有望成為手機、筆記本充電器的主流產品，未來，GaN大概率將會滲透到更多類型的消費電子產品當中。
新能源汽車也是GaN應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、電機控制與驅動、OBC、DC/DC轉換器、激光雷達上的電源模塊等場景中，目前已有相關車規(guī)級GaN產品得到實際應用，將朝著高壓、高功率密度、高可靠性等方向持續(xù)進行技術優(yōu)化升級。
在光伏領域，目前已經有部分微型逆變器產品導入了GaN器件，GaN器件的價值體現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。
隨著數據中心的算力和功率不斷攀升，能耗也越來越大，業(yè)內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，保證了在各種負載狀態(tài)的高效率，因此，越來越多的數據中心廠商開始導入采用GaN器件的電源模塊。此外，GaN也可用于數據中心的高速通信模塊，提供更快速、穩(wěn)定和可靠的數據傳輸。GaN在數據中心領域的應用潛力充分釋放后，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TrendForce集邦咨詢《2023全球GaN功率半導體市場分析報告》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，復合增長率高達65%。預計至2025年左右，GaN將小批量地滲透到低功率OBC和DC-DC中，再遠到2030年，OEM或考慮將該技術引入牽引逆變器。
來源：集邦化合物半導體
