Power Integrations插旗2200V GaN 單挑SiC高壓應用地盤

[產業新聞]

高壓能效電源轉換整合晶片廠商Power Integrations宣布，其PowiGaN氮化鎵(GaN)技術的額定電壓已提升至2200V，大幅超越目前所有商用GaN技術的電壓等級。這項突破使PowiGaN成為高壓AI資料中心、電動車、再生能源及高壓直流輸電(HVDC)基礎設施等新一代高壓電力系統的領先技術方案，可支援更高電壓的匯流排架構，進一步提升系統功率密度。

Power Integrations PowiGaN氮化鎵(GaN)技術額定電壓提升至2200V，挑戰SiC高壓應用市場

Power Integrations資深培訓經理Jason Yan表示，該公司2200V PowiGaN技術新興應用包括下一代AI資料中心，目前產業發展藍圖已朝向1500V配電架構邁進；此外，未來電動車電池系統及48V輔助電源系統的輸出電壓也將持續提升。這項突破將GaN技術的應用範圍擴展至過去主要由碳化矽(SiC)所主導的高電壓領域，為太陽能、HVDC及工業電源轉換等應用提供兼具高切換頻率與高效率的選擇。

氮化鎵(GaN)功率開關憑藉更高的效率與更高的切換頻率，正逐步取代矽晶體管，廣泛應用於各類電源轉換系統。然而，隨著AI資料中心、電動車、再生能源及HVDC基礎設施的發展藍圖持續朝向更高電壓與更高功率密度邁進，GaN技術也必須同步提升其電壓等級。現行替代方案包括採用切換頻率較低的碳化矽(SiC)，或使用多顆較低電壓的GaN元件堆疊而成的方案，但這些做法都必須在功率密度、系統複雜度及可靠度之間做出取捨。

過去GaN主要應用在900V以下的應用，1500V以上的應用是以SiC為主，Jason Yan解釋， Power Integrations先前成功研發出1700V超高壓GaN技術和產品，已成功打破此一藩籬，近期則是更進一步，發表2200V電壓的GaN技術，並引發取代現有高壓SiC功率元件的替代效應。

Power Integrations的技術採用GaN Cascode架構，是使用高壓的D-mode GaN HEMT加上低壓矽MOSFET，透過藍寶石基板長晶，適用於已行之有年的矽製程技術與設備，可進一步降低成本，還具備更好的可靠性、更好的瞬間電壓耐受度，以及設計複雜度、裝置尺寸也能再降低。根據Power Integrations的內部實驗資料，在3500V之後，其漏電流才會提升。儘管產品還在研發階段，然而隨著產業需求的發展，AI資料中心在推向800V的系統之後，就會朝向1500V發展，Power Integrations也會密切觀察產業發展與變化，適時推出2200V解決方案。

Power Integrations採用GaN Cascode架構，使用高壓D-mode GaN HEMT加上低壓矽MOSFET

目前，額定電壓1700V的PowiGaN IC已開始導入單級式AI資料中心輔助電源應用；而1250V PowiGaN則可在800VDC AI資料中心主電源傳輸路徑中，提供比堆疊式方案更簡潔的設計選擇。Jason Yan指出，2200V PowiGaN技術的推出，意味著未來可支援更高電壓的匯流排架構，不僅能為AI資料中心的電源設計預作準備，也將有助於支援未來電動車、太陽能逆變器及電池儲能系統等高壓應用的發展。

產業研究機構Yole Group說明，AI資料中心朝向800V DC匯流排架構發展，過去，GaN的電壓上限限制了其應用於主電源傳輸路徑，因此這個領域一直由SiC所主導。如今，2200V的額定電壓改變了這個局面，不僅可為單級式電源架構提供更充裕的設計餘裕，也為未來1500V AI資料中心及電動車設計預作準備。預估，至2031年，GaN功率元件市場規模將達 35 億美元，而將GaN技術拓展至更高電壓的應用領域，將是推動市場成長的重要因素之一。