前言
氮化镓器件在快充等小功率应用上，已经充分验证了器件的可靠性和寿命。使用第三代半导体在快充上，可以提升功率密度，减小充电器体积，提供更多接口，对消费者更加友好。对于大功率应用来说，使用氮化镓器件能够显著降低开关损耗，提升转换效率，并降低散热需求和总体成本。
目前新能源汽车，光伏以及储能的高速发展，为第三代半导体在大功率场景应用铺平了道路，也为第三代半导体带来了新的平台。目前已经有氮化镓器件应用在大功率户外电源产品上，将氮化镓低损耗的特性引入，减轻设备重量，提升消费者的使用体验。
【资料图】
以大功率户外电源为例，650V耐压的氮化镓器件已经应用在功率为2200W的户外电源中，提高了PFC工作频率，减小磁性元件体积。还有多款大功率PC电源也已经引入氮化镓器件到PFC电路中，提高转换效率，冲击更高能效标准。
通过充电头网的拆解文章，发现了氮化镓已经在大功率场合中展露头角，抛砖引玉，氮化镓未来的发展还需要整个行业的共同努力。
世界氮化镓日由来
氮化镓是一种由氮和镓结合而来的化合物，其中氮在元素周期表排序第7位，镓排序第31位，7月31日世界氮化镓日因此得名，同时也以英文名GaN Day传播到全球，并获得行业广泛认可。自2020年充电头网联合多家第三代半导体企业首次提出GaN Day这一纪念日，到目前已经有3年多的市场沉淀。
每年GaN Day前后，第三代半导体行业都将举办相关活动用于纪念氮化镓新技术在众多领域的革新应用，今年也不例外。7月31日是世界氮化镓日，本次充电头网以世界氮化镓日为契机，收集众多行业大咖对第三代半导体行业未来展望，共同探讨行业的现在与未来。
大咖说
Innoscience 英诺赛科
CEO 吴金刚
氮化镓是第三代半导体领域的明星材料，2020年在手机快充领域得到爆发性应用，实现了氮化镓产业的第一个小高峰。2022年，除了庞大的消费电子市场，在AI、通信、自动驾驶、储能等新技术的推动下，数据中心、汽车电子、新能源等领域对氮化镓的需求也逐渐显现。2023年上半年，氮化镓厂商新品频发，行业并购、出货猛增等众多利好消息接踵而来，呈现出一片欣欣向荣的景象。
英诺赛科作为氮化镓行业的领先代表，出货量已突破2.7亿颗，2023年上半年销售额相比去年同期增长了500%，产品应用也从消费类电子逐步拓展到数据中心、汽车电子、新能源与储能领域。相较于其他氮化镓公司，英诺赛科拥有更为先进的8英寸硅基氮化镓研发和制造平台，覆盖高、中、低压全系列氮化镓产品，当前产能已达到每月15000片，具备大规模量产的优势。同时集设计、研发、生产与销售于一体，能够快速实现产品的更新迭代，推进终端应用。未来氮化镓市场还将持续增长，英诺赛科也希望与上下游企业共同携手，逐步引领氮化镓产业链走向规范化，加速行业生态的构建。
Power Integrations
市场营销副总裁 Doug Bailey
Power Integrations发现，对于高性能的紧凑型电源而言，氮化镓是成本最低的方案。这是因为氮化镓效率高，可减少或消除对散热片的需求，并允许设计人员使用简单的反激拓扑结构，从而省去LLC或非对称半桥(AHB)等复杂拓扑结构所需的额外开关。
但是，要优化氮化镓的潜力，就需要新的系统级思维。由于氮化镓更接近于理想开关，因此已无需使用当初为弥补硅开关的缺点而发明的旧拓扑结构。具体而言，氮化镓器件的开关切换速度非常快，栅极电容和输出电容COSS非常低。但这也带来了一系列不同的设计挑战。Power Integrations发现，使用氮化镓的最佳方法是将其与控制器IC集成到一个封装中。我们开发了氮化镓子系统，如InnoSwitch™反激式电源IC、功率因数校正HiperPFS-5™器件和LytSwitch-6™ LED驱动器。我们已经开发的产品在笔记本电脑适配器、手机充电器、小型电源、LED照明等方面表现出色，但还有许多应用有待我们去开发，因此最大的挑战是完成这些系统级设计并将其推向市场。
由于氮化镓接近理想开关，我认为“应选尽选”：只要能上，就应该使用氮化镓。我认为氮化镓基本上会取代较低电压的产品 - 从市电电压到1200V；大体而言，氮化镓将在一定功率范围内占据整个市场，尤其是可变功率应用。这与氮化镓的技术发展有关：随着氮化镓电压的提高，它将取代碳化硅；随着其载流能力的提高，氮化镓将取代IGBT。
CorEnergy 能华
创始人兼总经理 朱廷刚
在又一个国际氮化镓日到来之际，作为一名长期耕耘在氮化镓领域的老兵，我很高兴看到使用氮化镓材料制备的芯片及其应用方案被越来越多的客户认可和使用。今年上半年在深圳举办的充电头展会，参展的厂商和参观的客户数量之多，就说明了氮化镓这个行业目前有多火热。在“双碳”的背景下，几乎所有的产业结构将面临深刻的低碳转型挑战，新的半导体材料技术将会引领能源产业变革，实现创新驱动发展。氮化镓芯片能够给电源功率模块带来在性能、尺寸和重量等方面的优势，意味着GaN可以为可持续性的减少碳排放做出重大贡献。
能华半导体的愿景就是用GaN塑造一个更绿色的世界。在应用领域方面，氮化镓在消费电子领域还会有很大的成长空间。因为越来越多的消费者已经崇尚于使用体积小、重量轻、速度快的快充充电头，这给氮化镓充电头提供了一个很好的市场机遇。同时PD 3.1快充标准的发布，对于充电行业而言是一次里程碑的升级，突破了长期以来的100W限制，实现了240W的翻倍式增长，同时输出电压也实现了最高48V的覆盖，可满足消费类、工业类等多领域产品的应用，使得快充可适用市场得到进一步扩大。
同时，PD标准的统一和升级，有利于消费者在更多的产品品牌和类型中选择符合自己需求的充电头，推动需求的进一步增长。另外，氮化镓在储能、数据中心和新能源领域，未来2-3年将会出现爆发性的增长。比如，氮化镓可以助力新型电动车充电桩的开发，实现充电数分钟，续航数百公里这样的目标，从而消除电动车车主的里程焦虑，助推电动车的发展。
我相信，未来几年，氮化镓会比当下的碳化硅还要火热。因此，能华半导体的研发、产品和应用开发，也在从消费电子走向工业级的应用。在行业竞争格局方面，欧美企业在基础技术、创新和专利积累等方面仍然具有较大优势，而国内在应用、市场和制造方面有优势，并且在技术创新上正迎头赶上。在自主国产替代的背景下，在再全球化的趋势下，中国的企业包括能华半导体已经，也将会继续取得长足的进步，为低碳绿色的世界做出自己的一份贡献。
DGCX 成希电子
CEO 刘愿新
从手机、笔记本充电器到户外移动电源、智慧照明、车载充电/电能转换设备，氮化镓技术具有非常高的市场规模和技术上升空间，代表了新一代充电技术发展方向。可以预见未来氮化镓充电领域，产品将重点围绕低损耗、高稳定性、高功率密度。而随着氮化镓技术的不断发展，氮化镓技术也就改变我们的生活，未来很多新兴领域比如电力传输，医疗设备，光伏储能，电动汽车，航空电源等新场景上又一次新的能源转换“革命”。
GaN Systems
业务开发副总裁 庄渊棋
以氮化镓、碳化硅为首的第三代半导体发展，对支撑国家双碳目标实现、并实现高度智能化、数字化及电气化的社会上，扮演举足轻重的角色。氮化镓功率半导体尤其正处应用爆发的转折点，应用领域正从手机快充快速向数据中心、再生能源、工业及电动车领域扩展，对这些应用领域中电力系统效率优化做出贡献。
电动车作为氮化镓功率半导体的杀手级应用，近年发展态势猛烈，销量屡创新高。我国在新能源车发展上领先全球，不仅销量水平早已超越其他国家，消费者对电动车选购的态度也正从购车补贴逐渐转移，进而根据功能与价格作为衡量指标。对此，继碳化硅后，氮化镓功率半导体成为电动车厂另一项重点研发项目，致力透过氮化镓功率器件卓越特性，为电动车带来效率、续航里程、甚至总物料成本上的突破，我们也已观察到氮化镓在车载充电器及DC-DC转换器上的应用正加速实现。
利用氮化镓技术提高效率、功率密度、与经济效益的新兴应用已经出现，功率半导体在整体半导体市场景气下修阶段仍维持强劲涨势，我们期望看到更多跨产业链合作及人才投入，为氮化镓功率半导体技术缩短学习曲线，并开启更多应用可能。
Vergiga 威兆
董事长 李伟聪
近几年在全产业链的共同努力下，氮化镓功率器件迅速占领快充消费类市场，基本实现了对硅基器件的市场替代。从最初的65W发展到如今的18W-300W PD快充，氮化镓器件向市场证明了其优越的性能及带来的体积和成本优势，其可靠性也逐步被市场所认可。在市场的推动及产业界的努力下，氮化镓功率器件的成本已逐步下探至接近硅基器件，有望在其余消费类市场如家电、适配器等实现硅基器件的市场替代。同时，基于氮化镓器件性能和可靠性的逐步改善及市场认可度提升，各大厂商积极布局并推进氮化镓器件在工业端的应用，如微型逆变器、数据中心、储能等。国产化方面，国内氮化镓器件已具备从衬底外延到成品的全国产化产业链，有望在第三代半导体器件实现弯道超车。
威兆半导体始终聚焦功率器件研发与应用技术研究，凭借十年的攻关已成为少数同时具备硅基低压、中压、高压全系列功率MOSFET / IGBT单管和模块，以及特殊半导体制程设计能力的先进半导体设计公司。同时，威兆积极布局第三代半导体，研发多款SiC MOSFET和GaN HEMT系列产品，加速功率器件国产自主化进程。
TI 德州仪器
氮化镓产品线经理 Abhi Muppiri
在数据中心、通信电源、光伏逆变器、电力输送等应用中，氮化镓 (GaN) 正成为提高功率密度和电源效率的关键技术。使用 GaN 替代硅的公司数量也在迅速增长。在德州仪器看来，以下三个原因解释了 GaN 如何带来电源管理变革：
首先，虽然 GaN 被认为是一项充满挑战性的设计技术，德州仪器通过在芯片中集成栅极驱动器和多种保护功能，简化了 GaN 设计，可使设计人员更大程度地利用这项技术的优势。
其次， GaN已发展了多年，具有一定的可靠性。德州仪器 GaN 芯片通过了 4,000 万小时以上的可靠性测试及车规级认证，在要求严苛的工业领域也已有超过五年的应用。
最后，尽管目前 GaN 芯片比硅芯片价格高，但 GaN 带来的系统成本优势、效率和功率密度的提升能超过初始投资的价值。例如，在 100 兆瓦数据中心中，使用基于 GaN 的电源管理系统，即使效率增益是 0.8%，也能在 10 年间节约近 5000 万元的能源成本。
LIHOMICRO 力宏微
CEO 钟惠生
随着半导体器件的飞速发展，目前第三代半导体已经进入了新能源汽车，光伏逆变，5G基站，PD快充等领域，SIC器件主要应用在新能源汽车和工控等领域，Gan器件主要应用在5G基站及消费电源等领域。相较于传统硅器件，SIC MOS是高压大电流的导通电阻小，开关速度快,特别适用于新能源汽车的逆变应用。随着新一轮的产业发展，这对第三代半导体器件意味着一个巨大的市场前景。LIHOMICRO的SIC器件针对客户群体的不同需求及越来越多客户的使用，将会在SIC器件上完善技术的升级和产品的迭代，有望催生新一轮成长。
TAGOR 泰高
市场拓展副总 潘秋雄
在讨论氮化镓材料（GaN）的特性时，我们不能仅仅把它局限于电源产品上的应用。因为GaN具有众多出色的性能，尤其在无线通信市场方面，它的应用非常适合。泰高技术有限公司是一家专注于氮化镓射频前端芯片的半导体公司。凭借着在氮化镓射频领域的发明专利，该公司成功研发了一系列高功率氮化镓射频前端芯片。
这些创新的芯片能够显著提升无线通信距离并提高图像传输质量。采用泰高技术的氮化镓设计，这些芯片具有更高的功率密度和更低的能耗。这项创新技术不仅提升了产品的整体性能，而且对无线通信领域带来了革命性的突破。泰高技术的氮化镓射频器件的关键技术，使得在城市密集区域的覆盖范围增加了4.5倍。此外，在视线受限的环境中，传输距离扩大了2倍，并且传输速率提高了2-4倍。同时，功率损失减少了10倍以上，但保持了相同的通信范围和传输量。
充电头网总结
第三代半导体的广泛应用，改写了传统的电源转换方式，通过降低的开关损耗，提升电源的开关频率，一方面减小电源体积，另一方面提升转换效率，为消费者带来可感知的科技进步。展望未来，氮化镓器件将在更高功率的应用中发挥价值，提升电源系统的效率，减少电能的浪费，贯彻绿色低碳理念。
