德州仪器锁定车用GaN市场 推新品抢市

为了加速电动车（EV）技术导入，满足消费者对续航里程、充电时间与性价比的要求，全球汽车大厂在研发上需要更高的电池容量、更快的充电性能，同时尽可能降低或维持设计尺寸、重量或元件成本。

透过EV车载充电器（OBC），消费者能在家用、公用或商用充电站，直接以AC电源为电池充电。顺应当前潮流，这项技术目前也快速发展。为提高充电率，OBC的额定功率已从3.6kW提升至22kW，不过，设计人员也必须思考如何在不影响续航里程的前提下，将OBC与电动车既有机械系统整合。另一业界趋势则是将现今OBC低于2kW/L的功率密度，逐步提高至4kW/L。

OBC是一种开关式功率转换器，主要由变压器、电感器、滤波器、电容器等被动元件与散热器组成。提高开关频率能减少被动元件的尺寸，但金属氧化物半导体场效应电晶体（MOSFETs）、绝缘栅双极电晶体等开关元件的功耗也会随之提高。

元件尺寸缩小后，能用于排热的表面积也减少，因此必须进一步降低功耗，才能维持元件温度不变。达成高功率密度需要同步提升开关频率与效率，而这是过去硅基功率元件无法克服的难题。

追求提高开关速度（元件端点之间电压与电流的变化速度）的同时，必须减少开关能量损耗，否则实际最大频率将会受限。採用低电感电路布局设计、端点间寄生电容低的功率元件，将是未来的研发方向。

氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等宽能隙功率半导体具有优良物理特性，因此使用此类材料开发的功率元件，能实现极低的电容以及理想的导通电阻。

与相较于MOSFET有较高的崩溃电压值于相同晶粒体积下，氮化镓的崩溃临界电场高于硅的10倍，电子迁移率也比硅高出33％，具有低导通电阻与低电容的双重优点。因此，与硅元件相比，氮化镓与碳化硅FETs能在更高的开关速度下运作，且功率损耗更低。

德州仪器表示，公司推出的氮化镓元件具有超过4000万小时的可靠度，且10年生命周期失效率小于1，绝对能满足汽车制造商对强健性的高标准。不只如此，TI氮化镓并非採用碳化硅或蓝宝石基板，而是以常见硅基板与现有制程节点生产，100％由内部厂房制造，提供客户无可比拟的供应链与成本优势。