GaN Systems Power & Energy Articles

GaN Systems at APEC 2023

APEC 2023重点回顾：氮化镓的主场

GaN Systems 策略营销副总裁 Paul Wiener 着 APEC 2023 应用电力电子会议与往年一样精彩，汇集了全球电力电子领域的创新与突破。 今年的 APEC 在与会人数上有显著的成长，从系统架构师、研发工程师至企业领导皆参与此次盛会。各与会企业在主题演讲与技术专题中，洞悉能量、能源、磁性组件及电浆等技术发展，也对永续路径作出深度见解；领域专家们也在海报研讨会中，针对现今能源挑战议题，提出不同解决方案，解决问题与创新是推进电力电子领域的两大关键动能。 当然，APEC 的展区也是亮点满满，半导体、磁性组件、被动组件、封装测试等电力电子产业生态系中的领导企业，皆在展期间发表最新技术与产品。 位于舞台的中心—氮化镓 今年 APEC 唯一与以往不同之处，便是氮化镓技术的遍地开花，与 GaN 有关的技术论文便高达 70 多篇，而 GaN Systems 的产品更在其中 40 篇中被采用或提及，GaN 无疑是今年电力电子领域中，最受讨论与关注的技术。 在 GaN Systems 今年的摊位上，可以看到不同应用市场的客户如何导入 GaN 技术，并利用 GaN 解决能效问题。在消费电子领域，GaN 快充技术成为主流已经是不争的事实，无论是专业或消费音讯市场也逐渐看到更多厂商采用 GaN 来提升音响音质及性能。另外，包括 LED 照明、电机控制系统、微型交通及服务器电源供应器等商用及工业领域也有不少氮化镓应用的实现。 今年 GaN Systems 展位上最受瞩目的便是我们最新发表的 11kW 800V 氮化镓车载充电器 (OBC) 参考设计。这款参考设计除了在体积微缩上令人惊艳外，与采用 SiC 功率组件的设计相比，分别在功率密度上提升 36%、在物料清单 (BoM) 成本上减少…

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多重应用齐发 氮化镓功率半导体迎向成长转折点

氮化镓功率半导体领导者GaN Systems从地缘政治下全球半导体产业链动态、能源转换效率革新等面向，展望2023年全球功率半导体产业发展态势。电汽化 (Electrification) 、数字化 (Digitalization)及净零永续 (Sustainability) 三大全球趋势将持续加速氮化镓功率半导体产业成长及应用落地。氮化镓稳定、耐高压高温的物理特性使其逐步在数据中心、电动车、工业制造、及消费电子等「由能源驱动」的应用市场中崭露头角，成为解决硅基组件目前瓶颈的理想替代方案。然而面对大环境政经不确定性等逆风因素，供应链管理及多元布局将成为功率半导体业者的决胜点—能巩固现有客户的交期，同时有余力点燃创新之火，突破技术瓶颈。 地缘政治促使全球政府及企业扩大当地投资 半导体产业链趋向多元化 GaN Systems全球执行长Jim Witham在稍早接受富比士访问时指出，如果半导体业者从过去18个月中学习到什么，那就是风散风险不再单指产品组合的多样性，更指「供货商组合」的多样性。供货商多样性除地域上的多元之外，企业也需认同供货商多元的价值，因为即使是规模较小的供货商也有可能为当下困境提供最及时的解套。 「作为一个在全球化的企业，我们乐见各国政府扩大投资当地半导体产业，为产业链多元化作长远发展规划发展，」GaN Systems 亚洲区总经理Stephen Coates表示，在近期的未来，我们会看到更多半导体厂在欧美及新兴市场的投资计划，但半导体产业生态系的合纵连横绝对不能在短时间被复制或取代。 能源独立与脱碳挑战加剧 吹起能源转换效率革命号角 各行业的电汽化及数字化造成能源需求急速攀升，即使近年再生能源发电成长有所突破，但仍远不及全球的用电需求。当全球企业都将脱碳视为一项不仅是立即需采取的行动，更是长远需达成的目标，能源转换效率的革新便成为企业在永续跟获利间取得双赢的重要手段。GaN Systems认为氮化镓功率半导体将在这场能源革命中扮演举足轻重的角色，从减少能源转换间的能量流失，开发更高功率但尺寸更小的储能系统，最终全面提高再生能源发电使用效率，氮化镓功率半导体将会是通往全球净零转型的快捷方式。 碳排大户数据中心将靠氮化镓维持获利并实现净零 为因应日益庞大的数据量，数据中心平均每3-5年需升级硬体设备以维持效能，欧盟针对服务器、数据储存等产品能源效率通过ErP 环保设计指令Lot 9，开放运算计划(OCP)重新定义数据中心电源供应器尺寸规范—较原先缩小30%，「接下来我们将看到有更多云端巨头数据中心导入氮化镓功率半导体，以实现更高效率的电源管理，」GaN Systems市场开发副总经理庄渊棋表示，氮化镓功率组件更快的开关速度、更高的导电性及将帮助数据中心减少在电源转换和电路分配上热能产生，进而减少复杂冷却解决方案的需求。采用氮化镓技术，每10组服务器机架每年约能增加300万美元的利润。 氮化镓功率半导体进入电动车市场甜蜜点 汽车弃油转电政策、地域冲突下的能源风险、全球减碳目标确立等因素并行下，电动车市场成长幅度将更为急遽。展望2023年，碳化硅功率组件的发展将受限缺料、良率及高居不下的成本，「反观氮化镓车用功率组件，虽目前仍处开发阶段，但市场将在2025-2026年开始发酵，氮化镓技术将满足Tier 1车厂对车用组件在效能、可靠度、成本及产能上的要求，」庄渊棋补充。目前氮化镓在电力系统的应用仍以400V为主流，多階電流轉換器(Multilevel Converter)在800V電力系統的應用也將進入驗證階段。 氮化镓功率半导体技术将持续在消费市场商品化 从主流45W及65W到100W-180W的单孔或多孔氮化镓充电器将在明年持续重写消费者对快充的定义。氮化镓功率组件也将持续以更轻小的外型、更卓越的音质渗透家用、汽车、船舶等不同音讯市场，同时在家用电器、大屏幕电视、电动脚踏车、电动工具等新兴应用机会也将浮现。 Stephen Coates总结，不畏大环境政经等逆风因素影响，全球氮化镓功率半导体市场将在消费电子、车用、数据中心、工业制造等应用驱动下，于2027年达到20亿美元市值1，而全球企业对获利及永续的承诺也将持续为氮化镓功率半导体产业添加成长动能。 1 Power GaN 2022: Market and Technology Report 2022, Yole Intelligence

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回顾APEC 2022 的四个关键要点

第 37 届应用电力电子会议 (APEC) 于 2022 年 3 月 20 日至 24 日在休斯敦举行，这是自新冠肺炎大流行爆发以来首次举行的线下 APEC 活动。 APEC 是电力电子专业人士的主要会议之一，今年也并没有让人失望。我们一起来回顾一下本次活动的一些要点。 宽带隙，尤其是氮化镓，继续在电力电子领域占据主导地位 过去几年以来，宽带隙已成为新型电力电子设计的首选技术。 APEC 会议上的叙事、新闻公告、研讨会和会议印证了这一转变。 巨大的市场潜力和应用机会以及新的客户需求，为许多 GaN 和 SiC 公司提供了推动电力电子产品的创新的空间。 至于氮化镓功率晶体管，它不仅已成为主流，而且在消费电子、数据中心、汽车、工业和可再生能源领域的使用量也出现了巨大增长。 目前氮化镓主导的一个领域是消费类充电器。 在展会上，我们展示了来自三星（参见：GaN Systems 为三星 Galaxy S22+ 和具有领先离散 GaN 解决方案的超快速充电器）、飞利浦、哈曼和 Greenworks 等领先和创新品牌的多款氮化镓充电器。 在展会上，我们与 Rompower 一起宣布了世界上最小的 65W 和 100W氮化镓充电器（参见：GaN Systems 在 APEC 展示世界上最小的 GaN 充电器）。 在消费类电子产品中，GaN Audio 是下一件大事。 我们展示了 Syng…

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宽能隙元件技术及未来应用趋势研讨会

为铂金赞助商，氮化镓系统公司(GaN Systems)将出席3月10日在台大医院国际会议中心举办的 “宽能隙元件技术及未来应用趋势研讨会”。 氮化镓系统公司业务拓展副总裁庄渊棋先生(Andy Chuang)将作题为WBG Improves Energy Problem & Efficiency 的主题演讲。 氮化镓系统公司亚洲区总经理与环球运营副总裁柯宇轩先生(Stephen Coastes)也将作演讲，主题为：Benefits & Advantages of a GaN-based 3kW AC/DC PSU。 近期引起众多话题的宽能隙(WBG)元件(亦称为第三代半导体)——氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等，由于具备高电子迁移率和高功率转换效率、高击穿电压…等特性，因此相当适用于包括移动通讯设备如5G基地台、电动车、工业4.0、再生能源等对高压电源架构需求高的应用。不过，宽能隙半导体虽然具备比硅元件更好的优势，但其在半导体制程相关技术，以及应用设计方面难度较高，也导致业者对于这些新兴复合材料所打造的宽能隙半导体元件有所却步。Tech Taipei「宽能隙元件技术及未来应用趋势研讨会」将聚集半导体产业链中关键供应商，深入剖析宽能隙半导体未来市场应用、制造制程/设备与应用实例，带领与会者进入宽能隙半导体的世界，并寻找切入市场的最佳机会。 如需了解更多信息，请访问会议官网，或访问我们微信公众号以及哔哩哔哩频道。

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氮化镓技术为可持续发展的世界赋能

可再生能源技术在世界范围内继续推进。2020年，全球由可再生能源提供的电力达到近30%。在过去 10 年间，利用可再生能源发电的成本也大大下降。使用 GaN Systems 的功率器件可实现更高效的功率转换和更高功率密度的电源系统，成为迈向 24/7 全天候可持续世界的关键因素。 获取更多使用氮化镓的储能系统、逆变器等设计资源，请访问 此处. 关注GaN Systems 哔哩哔哩频道，观看更多视频内容。

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GaN Systems公司和合作伙伴应对零排放挑战

清洁科技投资者与电动汽车行业领导者一起参与了1.5亿美元的增资融资 战略投资者利用GaN建立电气化平台实现电源效率的突破 加拿大渥太华，2021年12月14日 – 氮化镓（GaN）功率半导体的全球领导者GaN Systems 公司今天宣布，其合作伙伴的生态系统不断壮大，通过加速全球可持续发展和清洁技术革命，应对净零排放挑战，中和二氧化碳（CO2）和其他温室气体的排放。 高效的发电、配电和转换是推动可持续性和减少排放的关键因素。 由于氮化镓在本质上比硅和碳化硅更高有效，任何使用氮化镓设计的电力转换设备制造商都会为地球的环保做出贡献。 最大的回报来自于在最大的电力来源和用途上实施GaN。工厂和工业电机是最大的电力用户之一。西门子微型驱动器产品经理Christian Neugebauer说：”在电机驱动器中使用GaN，西门子能够提高驱动器的效率。”通过GaN，西门子可以切换到更高的频率，从而使电机响应时间比高压驱动系统更快。” 而且，随着我们大家在观看视频、分享图片、在线游戏和音乐流中使用更多的数据，数据中心里越来越多的电源采用GaN，从而减少了50%的功率消耗，提高了功率密度。 在发电方面，Enphase能源公司认识到氮化镓对逆变器设计的重要性，其效率更高，功率密度增加50%。 除了确保源电力的清洁，Enphase也在减少对稀缺自然资源的消耗。由于GaN能够以更高的功率和更小的规模运行电力系统，铜、塑料和其他材料的使用大大减少。 在消费类设备方面，GaN Systems 公司的合作伙伴也在效率方面进行了阶梯式的改进，并在产品中使用更少的材料。 戴尔和Harman在这方面起到了带头作用。 Harman不仅缩小了充电器的尺寸，在生产中使用更少的材料，而且还采取了额外的措施，在其产品中使用90%的再生塑料。 投资者认为氮化镓技术是应对气候变化的一个重要武器。 参与这轮1.5亿美元投资的GaN Systems 公司的长期投资者，也是清洁技术领域的领导者，包括加拿大商业发展银行（BDC）、Cycle Capital、加拿大出口发展公司（EDC）和宝马iVentures。本轮融资的新投资者包括领投的Fidelity Management & Research Company LLC，以及USI、Vitesco Technologies、Dockyard Capital Management、金沙江资本和宏光半导体。 Cycle Capital创始人兼管理合伙人Andrée-Lise Méthot表示：”作为GaN Systems 公司的长期投资者，我们一直看到GaN有潜力让客户实现净零碳排放的承诺。 “我们对该公司在可靠性和效率方面的领导地位印象特别深刻，行业领导者选择GaN Systems 公司来满足他们的下一代电力需求就证明了这一点。 我们将继续支持该公司实现其使命，并期待看到GaN的持续成功对可持续发展产生的积极影响。” GaN Systems 公司首席财务官Chris Zegarelli说：”对这轮融资的兴趣从一开始就很强烈。 “我们看到了一系列的投资者，有希望加深长期合作关系的战略伙伴，也有认识到我们的技术领先性并看到氮化镓固有的可持续发展优势的新投资者。” “GaN Systems 公司的氮化镓半导体代表了清洁能源转型的一项关键使能技术。氮化镓为电动汽车和可再生能源系统带来了重要的效率和性能提升。BDC资本清洁技术业务部董事总经理Zoltan Tompa表示：”这项技术还将有助于大幅降低数据中心和数百万消费电子设备的能耗。”作为GaN Systems 公司的长期投资者，BDC资本很高兴能增加对这家具有高度影响力的加拿大清洁技术公司的支持。” GaN Systems 公司首席执行官Jim…

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GaN Systems 推出性能更高、成本更低的全新晶体管

GaN Systems 是氮化镓功率半导体的全球领导者，今天在业界最广泛的 氮化镓功率晶体管产品组合中又推出了两款新晶体管；该晶体管采用行业标准的 8×8 毫米 PDFN 封装。 GS-065-011-2-L 使用户能够降低 45W 至 150W 应用中每瓦功率的成本，而 GS-065-030-2-L 是市场上第一款使设计人员能够在高达 3,000W 功率水平的应用中发挥低成本氮化镓优势的产品。 这些新部件是 GaN Systems 公司低成本 氮化镓晶体管系列中的最新成员，它们使设计人员能够进一步提高在能效、热管理和功率密度方面的性能，并提高设计灵活性和成本效益，以满足消费者、工业领域和数据中心客户的新需求。 这些新型晶体管具有更低的导通电阻、更高的稳健性和热性能、更高的 VDS（瞬态）额定值以及可简化客户采用、可扩展性和商业化的行业标准外形。 GS-065-011-2-L 是一款 650 V、11 A、150 mΩ 底部冷却晶体管，非常适合充电器和适配器等消费电子应用，这包括受益于晶体管更好的热性能的更高功率适配器的设计。 GS-065-030-2-L 是一款 650 V、30A、50 mΩ 底部冷却晶体管，具有 GaN Systems 的 PDFN 产品系列中最低的 RDS(on)。 更低的 RDS(on) 意味着更低的功率损耗和更高的额定功率，从而带来更高的效率和功率密度。 GS-065-030-2-L GaN 晶体管非常适合数据中心、工业和 5G 应用，例如电信和服务器 SMPS、电机驱动、储能系统和无桥图腾柱 PFC 解决方案。…

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氮化镓供电：彻底改变当今最耗电的行业

我们生活在一个日益由数据和能源驱动的世界中。 数据中心、电动汽车、可再生能源系统以及个人电子产品比以往任何时候都更加重要。 这些行业正在推动日益增长的能源需求。 同时，要解决二氧化碳排放量的快速增长问题，就需要行业以更高的能效运营。 多数公司都知道能源效率对于长期的可持续增长和成功至关重要。 功率转换中能量消耗是一个基本问题。 电力输入 机器 功率输出 能源浪费 全球能源消耗中有 20% 以上通过低效的功率转换以热的方式流失。 通过使用 氮化镓半导体，这种浪费的能源可以减少 50% 浪费 硅基半导体技术已有数十年历史，并且已经达到其极限。 这就是为什么氮化镓正在取代硅作为能源系统基本结构的原因。 与硅基的解决方案相比，氮化镓能够设计出更小、更轻、更节能的能源系统，同时降低系统成本。 更小 更轻 更高效 从数据中心机架上的嵌入式服务器电源到电动汽车中的牵引驱动和车载充电机。 氮化镓系统(GaN Systems)致力于通过实现更高效的电力电子设备来实现可持续的未来，从而创造一个具有更高水平适应性、包容性和环保的世界。 氮化镓系统（GaN Systems） 制造的氮化镓功率器件正在彻底改变当今高能耗的行业。 关注GaN Systems 哔哩哔哩频道，观看更多视频内容。

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华尔街日报：镓正在改变我们日益电气化的世界

缩小手机充电器、为电动汽车供电并使 5G 成为可能的新型材料 Christopher Mims 的这篇专栏文章最初于 2021 年 7 月 17 日刊登在《华尔街日报》上，它探讨了氮化镓的用途和潜力。  如果您是在屏幕上阅读本文，那么很可能您其实是在盯着未来。 在大多数 LED 屏幕以及现在室内照明普遍使用的 LED 灯中存在着金属镓。 虽然它不像硅那样广为人知，但它正在接管硅曾经占据主导地位的许多领域——从天线到电源转换器和其他被称为“电力电子”的能量转换系统。 在此过程中，它实现了一系列令人惊讶的新技术，从更快充电的手机到更轻的电动汽车，再到支持我们使用的应用程序和服务的更节能的数据中心。 作为从岩石中提取铝的副产品，镓的熔点是如此之低，以至于当您将其握在手中时，它就会变成一种流动的银白色液体。 就其本身而言，它并不是非常有用。 但是将其与氮结合，制成氮化镓，它就成为具有宝贵特性的坚硬晶体。 它出现在许多自动驾驶汽车使用的激光传感器中、支持当今快速蜂窝无线网络的天线中，以及越来越多地出现在对提高可再生能源收集效率至关重要的电子产品中。 许多由氮化镓（也称为 GaN）制成的最具体的产品出现在电力电子领域。 目前，您可以购买带有足够电量的小型 USB-C 充电器来同时为您的笔记本电脑、手机和平板电脑供电，虽然它们并不比我们多年来使用的科技产品所附带的功率低得多的电源转换器大。 将一种电压转换为另一种电压的电力电子设备也在电动汽车的许多方面发挥关键作用。 芯片制造商 GaN Systems 的首席执行官 Jim Witham 表示，它们更小、更轻、更高效并且散发的热量更少，因此电动汽车充电后可以行驶更远。 他补充说，这些特点也使得从太阳能电池板等可再生能源中榨取更多的电力成为可能。 当电力转换频繁发生时，即使是很小的效率提高也会产生显著效果，例如在包括电池存储的可再生能源电网中。 虽然氮化镓看起来很神奇，它也面临着来自久经考验的硅和越来越多的新材料的竞争，这些新材料显示出彻底改变我们的电子产品的潜力。 尽管如此，氮化镓的用途仍在不断扩大。 GaN Systems 的有些客户尝试在数据中心使用其芯片，在那个使用场景中通过降低功耗和废热可以节省大量的电费。但是这些客户目前并没有公开承认使用该技术。 直到不久前，氮化镓 还只是实验室中的一个项目。 然后五角大楼产生了兴趣，他们在寻找新型电子设备来驱动下一代雷达和无线通信。 剑桥大学材料科学教授兼氮化镓中心主任雷切尔奥利弗说，从 2000 年左右开始，国防部高级研究机构 Darpa 的资助推动了扫除商业化障碍所需的实验。 除了在民用领域应用广泛，氮化镓 现在还出现在军用硬件中，用于从无线电干扰到导弹防御的所有领域，这一切都得益于其独特的特性。 与硅相比，氮化镓可以处理相对大量的电力。…

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GaN 和年轻工程师的未来

第七届“GaN 系统杯”中国电源学会 (CPSS) 设计大赛 正在如火如荼进行中，凸显年轻工程师在世界未来的发展中扮演的重要角色，以及他们如何通过氮化镓创新为世界提供发展动力。多年来，参赛大学生们的热情、创造力和聪明才智总是让我们叹为观止。 本着竞赛精神，我们重点展示了去年黑龙江科技大学特等奖获得者和一等奖获得者之一华中科技大学团队的设计。这些团队展示了使用氮化镓系统公司的 650V GS66502B 晶体管 的双向 AC/DC 转换器的最佳性能和最高功率密度设计，该晶体管满足多项系统技术要求和参数，包括： 400W 额定输出功率 220VAC 输入电压和 300-400VDC 输出电压 满载时双向 94% 的效率 30W/cm3 功率密度 闭环控制 过流过压保护功能 在 25°C 自然冷却下连续运行 30 分钟 获奖设计 黑龙江科技大学团队采用前级图腾柱无桥PFC提高系统功率因数，降低输入电流THD，后级同步降压拓扑。 该设计允许在正向和反向工作模式之间自动切换。 亮点包括实现 96% 以上的双向效率和 41W/cm3 的功率密度，超出设计要求。 华中科技大学的设计采用前级图腾柱无桥PFC和后级双向非隔离Buck/Boost转换器，正向工作在Buck模式，反向工作在Boost模式。 拓扑很简单， 它只需要很少的开关器件，不需要变压器，减小了转换器的体积，可以实现更高的功率密度。 该设计实现了 85W/cm3 的功率密度。 借助氮化镓，电力电子工程师正在通过更高效、更小、更轻的封装设计改变世界，同时提供当今电力电子所需的高性能和可靠性。 这些创新设计为数据中心、电动汽车、可再生能源系统、工业电机和消费电子等依赖电力的行业的应用提供了极大的提升。

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