在“双碳”的发展趋势下，能源转换效率已成为各行各业关注的焦点
。据国家统计局公开信息显示，2020年城乡居民总用电量10949亿kWh





，单户家庭年平均用电量780kWh

。以能源转换效率提升1%为例



，全国一年可节省电量109.5亿kWh

，节省下来的电量可供单户居民用电1400万年

。换算成电动车行驶里程数，可供Model S充电1.68亿次
，行驶里程672亿公里，由此可见提升转换效率的重要性

。

氮化镓对“双碳”起到什么作用？

“双碳”提出的重点是解决能源问题
，而能源的重点就是电力

，氮化镓作为高转换效率宽禁带半导体材料的代表
，应用于输配电



、用电、储能等各个环节中意义重大。低开关损耗特性使得氮化镓功率器件更有利于节能减排，高频的特点也推动了系统向高功率密度的发展。氮化镓已成为了绿色经济发展的驱动力



，在双碳的背景下


，氮化镓逐渐与更多产业产生交汇点
。

氮化镓有高光效

、高功率、高频率、耐高温



，在相同功率下氮化镓比硅基产品体积小等多个特点
，在碳中和
、碳达峰的推动下在照明
、电机驱动
、数据中心

、汽车
、风光电储等领域得到了充分应用


。在构建高效的能源系统，控制化石能源总量方面起到了重要作用

。

成本降低

、工作电压提高

，氮化镓上车持续加速

随着化石能源日益枯竭与绿色产业的兴起
，新能源汽车已成为未来的主要发展趋势

，但由于经过多年的发展，硅功率半导体的潜在性能已被开发至瓶颈，需要更高效的功率半导体材料来提升新能源汽车的性能
。在高效

、低能耗、高功率密度方面，氮化镓恰好能满足这一要求


。

尽管氮化镓功率器件集合了多种高性能的特性
，但在汽车的应用中依然会面临一些问题。根据氮化镓目前的技术水平和材料特性来看，氮化镓功率器件主要应用在800V以下的中低压领域

，与汽车逆变器应用的高压需求存在着些许差距
。

今年10月
，GaNPower正式向外界展示了首款1200V单芯片E型氮化镓功率器件
，并将该功率器件中在7A/800V的双脉冲测试板上进行了功率开关的验证
。该系列芯片提供了两种封装方式，以满足不同的应用需求，GPIHV30DFN采用的是8*8 DFN的内置引脚封装
，GPIHV30DDP5L采用的是TO263-5封装







。由于GPIHV30DFN采用的是DFN的封装方式

，为保证功率器件在高压状态下开关的可靠性

，GaNPower将S-D爬电距离设置为2.8mm
，保留了充足的安全距离。同时
，GPIHV30DDP5L封装采用了GaNPower独特的专利设计

，为器件加入了凯文接线和小型输入，用以降低浪涌电压
。

该系列芯片的额定击穿为1200V


，GaNPower为保证芯片工作的稳定性
，在芯片设计时提高了150V的电压裕量，避免在工作过程中出现瞬态尖峰击穿元件。同时

，该系列芯片的导通电阻Rds为60Ω，并通过低导通电阻的方式降低系统损耗

，提高系统的转换效率

。

在汽车应用中



，汽车的直流母线电压通常在700~800V之间，功率器件的额定电压需要达到1200V



，该系列芯片恰好满足这一要求。据GaNPower官方表示


，该系列氮化镓功率器件的开关速度比碳化硅功率器件快10倍，非常适用于构建电动汽车车载充电器和电机驱动的功率转换器

，从而提高电动汽车续航里程








，减少碳排放


。

伴随着氮化镓市场的逐渐扩大



，有更多的厂商带着价格更低的硅基氮化镓进入市场，加上工艺的升级，氮化镓工作额定电压得以提高

，氮化镓有望成为工作电压为20V至1200V应用的首选
。

10月，GaN Systems和EPowerlabs通过合作
，共同推出了基于氮化镓48V移动应用的DC/DC转换器DDC48-1K
。

图源
：GaN Systems

DDC48-1K是一款可在消费、工业和汽车领域应用的48V DC/DC电源转换器，采用了GaN Systems 100V的氮化镓功率晶体管GS61008P

，GS61008P采用了获得专利的Island chnology和GaNPX封装，其中Island Technology技术能够提高芯片的电流流通量


，GaNPX技术能够将芯片小型化的同时


，降低系统的寄生参数

，将开关损耗降低了50%
，提升系统的转换效率，从而实现电能利用率的最大化
。

DDC48-1K的直流输入电压区间为24V~60V



，额定输出功率可高达1000W


。在一般工作状态下系统转换效率能保持在95%以上
，在满载运行时

，系统效率可提升至97.5%

，高出同类转换器效率的4%。同时这款电源转换器通过氮化镓高效

、小尺寸的特性
，经体积压缩至传统转换器的1/3

，设备功率密度提升至28W/in3
，解决了在移动应用中
，空间小的物理极限。在重量方面，由于采用了无外壳的设计，再加上基于氮化镓高效的特性
，使得元器件用量大幅降低
，产品重量仅为345g，相同功率的冷风DC/DC电源转换器重约750g，两者相比DDC48-1K更轻

。

高效
、高功率密度和质量更轻的氮化镓电源转换器，非常适用于优化电动汽车







、工业电动运输设备和机器人等应用的电力系统
，从而提升能源利用率，实现节能减排的目的
。

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