2023年3月16日,2023(春季)亞洲充電展在深圳成功舉辦,展會同期還舉辦了2023(春季)全球第三代半導體產業峰會,并邀請了15位行業大咖現場與大家探討第三代半導體,對氮化鎵、碳化硅的應用技術以及產業的未來發展進行探討和分享。

英諾賽科產品應用總監 鄒艷波先生發表了《InnoGaN助力能源電子發展》主題演講。

在碳中和和數字化時代背景下,能源電子迎來歷史發展機遇。能源電子涉及能源的產生、存儲和消費。

現今光伏發電是生產綠色能源的重要組成部分,但具有不確定性,需要配合儲能產業快速發展去支撐我們對綠色能源的利用。能源消費這一塊,主要涉及到與生活息息相關的消費電子以及出行相關的智能電動,能源數字化發展也離不開數據中心的支撐。而數據中心的能耗是非常大的,也需要能源的支撐。如此能源的產生、存儲和消費便環環相扣。

所有這些能源電子類產業,都會涉及到電能的變換和轉化。想要像控制信息流一樣控制我們的電能,離不開功率半導體的支撐和發展。

近三年,氮化鎵產業正迅猛發展。三年前大家談到氮化鎵,第一印象是性能還不錯,但是價格有點貴,同時對于其可靠性還存有顧慮。

如今局面已完全不同,隨著技術的迭代以及規模效應,氮化鎵的性能比硅更加明顯。其次成本方面,氮化鎵方案的系統成本相比硅已經具備優勢。對于大家最關心的可靠性這一塊,隨著氮化鎵應用的深入,大量市場數據也已經為大眾建立了信心。

可以相信,氮化鎵的時代已經到來。為了氮化鎵的發展,英諾賽科一直在努力。

英諾賽科一開始便選擇了一條看起來更難的發展道路,選擇做全球首家8英寸硅基氮化鎵的IDM 模式企業,它意味著投入大、周期長。但只有IDM模式才能把客戶的需求、產品設計、工藝的優化、可靠性等更高效地串聯起來,讓氮化鎵產品不斷高速迭代,建立優勢,促使其變得更加優秀,讓用戶用得起,用得好。在今天看來英諾賽科是選擇了一條真正能成功的發展道路。

經過七年的努力,英諾賽科建立了自己的全產品生態鏈。英諾賽科產品耐壓可以覆蓋15V-700V,實現功率轉換應用全覆蓋;其次,產品類型包括氮化鎵晶圓、氮化鎵單管和高集成合封芯片。

為了讓更多客戶、更多應用場景能夠采用氮化鎵器件,英諾賽科很早就開始布局成本競爭力。首先,英諾賽科的產品是基于全球最先進的8英寸硅基氮化鎵平臺生產,其單片晶圓所生產的氮化鎵芯片數量相比6英寸晶圓增加80%,單器件成本下降30%。

其次英諾賽科在珠海和蘇州已經有兩個量產出貨的晶圓廠,晶圓產能達到了每月1萬片以上。得益于先進工藝和規模化,英諾賽科的氮化鎵產品在業界已具備絕對的成本優勢。

依托于產品性能和成本優勢,英諾賽科在去年整體形勢低迷的情況下,依然做到了出貨1億顆以上,這意味著英諾賽科成為全球出貨量最大的氮化鎵企業,應用場景覆蓋消費、工業和汽車。

消費類主要包括快充、智能音箱、TV、LED照明,并且是全球首家將氮化鎵應用于手機內部電源管理的企業;工業方面,主要是數據中心和儲能;而汽車類應用主要是激光雷達。英諾賽科產品品質和性能,已經得到了各個行業頭部客戶的認可。同時也已在產品性能、成本、可靠性方面做好充分準備,迎接能源電子的騰飛。

能源電子目前有高頻、低碳、更集成化三個趨勢。高頻主要是為了提高產品功率密度,在一些場景需要更高的動態響應,需要頻率提升;其次是低碳化,這符合整個行業碳中和的背景;再者是集成化,小功率方面,會把驅動、控制器集成,后續會包括無源器件的集成,大功率方面,可能會走模塊化路線,會把功能模塊進行一個集成。

消費方面大眾熟知的快充,如今需求的是更快、更便攜的產品,這意味著整個功率的提升、功率密度的提升,同時為了解決發熱問題,也需要更高效率去支撐。

英諾賽科基于PD3.1快充需求,推出了140W AHB All GaN解決方案。該方案原邊采用英諾賽科650V半橋合封氮化鎵器件,由于已經把驅動和兩顆氮化鎵進行了封裝集成,可以讓半橋應用設計變得更加簡單。

副邊則采用英諾賽科150V氮化鎵器件,整體電源轉換都采用氮化鎵,做到更高頻率,同時保持高效。140W A ll GaN方案效率做到了95.6%,相對傳統Si方案,損耗減少50%,能夠助力更加高功率密度產品設計。

像TV這類家電,大眾同樣有輕薄化需求。要實現TV輕薄化,電源必須使用平面變壓器,它主要的厚度是PCB 繞組和磁芯。而要降低這兩方面的厚度,在磁材沒有大變革的情況下,需要通過提高頻率來實現。依托氮化鎵高頻特性,可以滿足上述要求。

英諾賽科設計的 300W 超薄TV電源,工作頻率提升至400KHz,其整體高度只有8.5mm,相較業界厚度只有一半,真正助力TV電源超薄化。

在工業類市場,英諾賽科重點談了數據中心。目前數據中心的耗電量已經占到了全球發電量的3-4%,隨著數字化發展,預計2030年的耗電量將達3000TWhr ,相當于全球能耗的10%。所以對于提高數據中心供電系統的效率,無論是從經濟效應還是社會效應來講,都是非??捎^的。

英諾賽科早在三年前就開始布局相應的產品,目前已經可以給數據中心提供端到端的解決方案。從前端高壓PSU電源的PFC、LLC以及其同步整流,英諾賽科有全系列產品來支撐高效率表現。

包括在板的12V轉換電路,也有布局相關產品,支撐數據中心整體轉換效率的提高。英諾賽科All GaN解決方案可以幫助數據中心的供電系統損耗下降50%。

依托于100V的半橋氮化鎵芯片,英諾賽科設計了1KW DC-DC模塊,功率密度高達2150W/in3。這主要得益于英諾賽科100V氮化鎵芯片的高頻特性,同時ISG3201相對傳統硅方案,尺寸減小73%,助力整個模塊功率密度顯著提升。

另一方面是光伏發電。目前全球都在大力發展新能源發電,隨著產業規?;l展,光伏發電已經和傳統能源發電價格持平。光伏發電是可持續且綠色的,其最終會成為未來能源的終極解決方案?,F在32%以上新增裝機——光伏,是新增最大的能源形式,預計2025年電站光儲共生比例高達50%以上。 

光伏發電需要搭配光儲系統進行使用,在光伏發電的整個發電、存儲、并網逆變過程中,采用英諾賽科氮化鎵芯片,整體新能源利用效率可以提升5%,整體尺寸減小30%,有利于系統集成。

英諾賽科是全球領先的GaN IDM高新技術企業,擁有全球最大的8英寸硅基氮化鎵晶圓生產能力,多年來一直致力于為客戶提供全電壓范圍(15V-700V)的高性能氮化鎵芯片,優秀的氮化鎵解決方案,持續為快充、大數據中心、新能源、新能源汽車等新興領域賦能。更多詳情請聯系英諾賽科原廠了解。