全球GaN最新應用進(jìn)展！

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(lǐng)域以來(lái)，短短幾年間，各大GaN廠(chǎng)商紛紛涉足相關(guān)產(chǎn)品。當前，GaN消費電子產(chǎn)品市場(chǎng)已是一片紅海，競爭日趨激烈。

面對GaN在消費電子領(lǐng)域應用現狀，相關(guān)企業(yè)開(kāi)始尋求新的增量市場(chǎng)，GaN技術(shù)應用由此逐步向新能源汽車(chē)、光伏、數據中心等其他應用場(chǎng)景延伸。GaN的特殊價(jià)值，正在消費電子之外的多個(gè)領(lǐng)域持續釋放。

01
GaN正在加速“上車(chē)”

在汽車(chē)電動(dòng)化與智能化趨勢下，汽車(chē)搭載的電子電力系統越來(lái)越多。而與傳統硅材料相比，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(chē)領(lǐng)域覓得發(fā)展良機。

隨著(zhù)新能源汽車(chē)市場(chǎng)爆發(fā)，GaN已率先在車(chē)載激光雷達產(chǎn)品中落地應用，并在車(chē)載充電器（OBC）、DC/DC轉換器等部件中有一定應用潛力，未來(lái)可期。風(fēng)口下，整車(chē)廠(chǎng)商、零部件供應商、GaN相關(guān)廠(chǎng)商等紛紛嘗試將GaN產(chǎn)品引入新能源汽車(chē)領(lǐng)域。

優(yōu)越的開(kāi)關(guān)性能使得GaN更適合用于車(chē)載激光雷達，伴隨著(zhù)激光雷達在量產(chǎn)新能源汽車(chē)中的應用力度持續加大，GaN器件產(chǎn)品成為“香餑餑”。2023年，英諾賽科低壓車(chē)規級GaN產(chǎn)品已在頭部車(chē)企的車(chē)載激光雷達中得到應用，并實(shí)現量產(chǎn)。英諾賽科還在2023年底推出100V車(chē)規級GaN器件新品，目前已通過(guò)AEC-Q101認證，該產(chǎn)品同樣適用于自動(dòng)駕駛及其他先進(jìn)駕駛輔助系統應用中的車(chē)規級激光雷達。

圍繞新能源汽車(chē)車(chē)載充電器（OBC），GaN Systems在應用電力電子會(huì )議 (APEC 2023) 上發(fā)表了11kW/800V氮化鎵車(chē)載充電器參考設計，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(kāi)始布局GaN在OBC上的應用研發(fā)，并且和汽車(chē)電子公司加拿大麥格納集團簽署了戰略合作協(xié)議。

高壓汽車(chē)應用GaN解決方案供應商VisIC公司則將目光瞄準了電動(dòng)汽車(chē)逆變器，在2021年12月已開(kāi)始和汽車(chē)動(dòng)力總成技術(shù)公司hofer powertrain共同開(kāi)發(fā)用于800V汽車(chē)應用的基于GaN的逆變器，而在2023年9月，VisIC又開(kāi)始與化合物半導體材料供應商IQE合作開(kāi)發(fā)用于電動(dòng)汽車(chē)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(kāi)發(fā)一種在歐洲生產(chǎn)的、用于汽車(chē)的1200V氮化鎵技術(shù)。在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，GaN器件目前主要占據400V以下應用，在中低端汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展空間較大。同時(shí)，GaN器件正在往高壓應用上推進(jìn)研發(fā)，除博世研發(fā)車(chē)用1200V氮化鎵技術(shù)外，GaNPower已向業(yè)界展示過(guò)首款1200V單芯片（E型GaN功率器件）。

整體來(lái)看，氮化鎵在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展潛力不容小覷，正在加速置身于應用大舞臺的聚光燈下。

02
GaN在光伏領(lǐng)域持續滲透

在光伏領(lǐng)域，GaN光伏逆變器可將功率密度提高5倍以上，應用方面的突破性進(jìn)展使得GaN功率器件找到了又一個(gè)可以釋放價(jià)值的市場(chǎng)。

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(shí)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(zhù)的，吸引了不少廠(chǎng)商的目光。聚焦將GaN引入光伏逆變器這一主題，相關(guān)廠(chǎng)商開(kāi)啟了一系列動(dòng)作。

產(chǎn)品方面，英諾賽科在2023年7月開(kāi)始將GaN應用于光伏領(lǐng)域，以期進(jìn)一步縮小模塊體積，提高系統效率。而在今年2月底的APEC 2024展會(huì )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(yáng)能陽(yáng)臺產(chǎn)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(guò)導入GaN器件，EET和Worksport公司相關(guān)產(chǎn)品在效率、開(kāi)關(guān)頻率等方面得到了顯著(zhù)提升，同時(shí)大大降低了體積重量和系統成本。

越來(lái)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。

03
GaN在數據中心領(lǐng)域應用進(jìn)展

服務(wù)器電源及其冷卻系統對能源消耗，占據了數據中心較大一部分運營(yíng)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的需求，更加節能，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(lái)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(wù)器電源，以98W/inch3的超高功率密度和96.52%的極高峰值效率，成為數據中心服務(wù)器電源產(chǎn)品新標桿。

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) 共同設計和開(kāi)發(fā)使用GaN的先進(jìn)、高效、高功率密度數據中心電源產(chǎn)品。

GaN本身的開(kāi)關(guān)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(guān)案例，未來(lái)仍可能向電源之外的其他部件延伸應用，在數據中心領(lǐng)域的前景可期。

04
總結

消費電子是GaN器件已經(jīng)大規模出貨的市場(chǎng)，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(chǎn)品，未來(lái)，GaN大概率將會(huì )滲透到更多類(lèi)型的消費電子產(chǎn)品當中。

新能源汽車(chē)也是GaN應用潛力較大的市場(chǎng)之一，GaN可以用到新能源汽車(chē)的牽引逆變器、電機控制與驅動(dòng)、OBC、DC/DC轉換器、激光雷達上的電源模塊等場(chǎng)景中，目前已有相關(guān)車(chē)規級GaN產(chǎn)品得到實(shí)際應用，將朝著(zhù)高壓、高功率密度、高可靠性等方向持續進(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)品導入了GaN器件，GaN器件的價(jià)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(gè)方面，有望推動(dòng)光伏逆變器向家用等場(chǎng)景不斷延伸。

隨著(zhù)數據中心的算力和功率不斷攀升，能耗也越來(lái)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(shí)，保證了在各種負載狀態(tài)的高效率，因此，越來(lái)越多的數據中心廠(chǎng)商開(kāi)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、穩定和可靠的數據傳輸。GaN在數據中心領(lǐng)域的應用潛力充分釋放后，GaN廠(chǎng)商有望獲得又一增量市場(chǎng)。

目前看來(lái)，GaN應用場(chǎng)景大多集中在650V以下的中低壓功率器件范圍，隨著(zhù)技術(shù)水平持續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(xún)《2023全球GaN功率半導體市場(chǎng)分析報告》顯示，全球GaN功率元件市場(chǎng)規模將從2022年的1.8億美金成長(cháng)到2026年的13.3億美金，復合增長(cháng)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(shù)引入牽引逆變器。