搶GaN元件產能 BMW與GaN Systems簽署供應協議

作者 : Maurizio Di Paolo Emilio,EE Times歐洲版特派記者

隨著電動車產業進入快速發展期,對關鍵半導體元件的需求可能也會增加,和GaN供應商的策略夥伴關係也變得更為重要。

加拿大業者GaN Systems宣佈與德國汽車大廠BMW已就確保氮化鎵(GaN)電晶體產能達成協議,其產量預期能確保該車廠的供應鏈穩定;該公司執行長Jim Witham在接受訪問時表示,GaN Systems將會為多種應用提供一系列產能。

電動車(EV)產業持續面臨兩大挑戰:價格和續航力;後者被認為是電動車獲得全面採用的最重要因素。整合動力傳動系統並採用寬能隙半導體──即GaN與碳化矽(SiC),是目前用以降低電動車系統成本並提高效率的方法之一;藉由提高開關頻率及利用寬能隙半導體的其他優點,能讓電動車使用的零件小型化,同時提升散熱性能。

氮化鎵技術目的在提高關鍵電動車應用的效率及功率密度。Witham表示:「GaN能被導入廣泛的電動車應用設計中,涵蓋車載電池充電器、DC/DC轉換器到牽引逆變器(traction inverter)、無線電力傳輸、光達(LiDAR),以及12V音訊放大器等應用。」

 

GaN功率元件發展藍圖。(資料來源:Yole)

 

GaN功率半導體元件正成為下一代高性能電動車的關鍵元素,可實現車體輕量化以及系統效率的提升;這些因素能夠解決對電動車續航力的疑慮。Witham在一份新聞聲明中表示,該公司與BMW簽署的合約價值高達數億美元,說明車廠對投入創新技術及永續性的專注程度。與BMW的合作也突顯了寬能隙半導體技術的進展,尤其是DC/DC轉換器和驅動逆變器變得愈來愈輕巧且便宜。

Witham宣稱:「GaN讓工程師能打造出比矽輕巧四倍、能耗少四倍的功率電子系統;」相關優勢包括零反向恢復,能夠提供電池充電器和牽引逆變器更少的開關損耗、更高的頻率以及更快的開關速度。此外,降低開關切換損耗,有助於減少像是電動車充電器和逆變器應用中的電容器、電感器以及變壓器的重量和體積。

該公司表示,這些優點能夠將車載電池充電器的尺寸縮小25%,將牽引逆變器的功率損耗減少超過70%,同時以更輕而小巧的DC/DC轉換器將功率轉換損耗減半。

電動車對GaN的需求

隨著電動車產業進入快速發展期,對關鍵半導體元件的需求可能也會增加,和GaN供應商的策略夥伴關係也變得更為重要。

GaN的能隙為3.2電子伏特(eV),大約是矽(1.1eV)的三倍,這代表要在一個矽半導體的傳導帶激發一個價電子,會需要更多的能量。GaN半導體表現出比矽還要高1,000倍的電子遷移率,也就是它們流動得更快,能夠提供更好的效率。其結果之一是更佳的散熱管理,以及規模更小且較不昂貴的冷卻機制。

「電氣化是汽車產業邁向未來的發展之路,而要擴大整個生態系統,需要做的事情還有很多;」Witham表示:「要讓電動車被大規模採用,像是降低售價、縮短充電時間、延長行車里程以及增加電動車充電基礎設施網路等等,都是必須解決的問題。」

Witham補充,GaN技術宣稱能夠解決尺寸與重量的限制,並在提高功率和效率下,也同時減少元件數量。這些特性能夠幫助降低電動車的成本,同時提高功率密度、減輕汽車重量並延長行車里程。

根據產業分析,鋰離子電池在電動車售價佔據的比重高達30%;支持者表示,基於GaN的元件能夠幫助降低該成本。舉例來說,相較目前電動車使用的傳統絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)元件逆變器,GaN逆變器能夠提升多達70%的效率。

其結果將能夠透過更小且更輕的充電器、牽引逆變器以及DC/DC轉換器,幫助從目前的電池容量擠出更長的行車里程,且同時簡化元件封裝。

 

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2021年11月號

責編:Judith Cheng

(參考原文:BMW Secures Supply Chain with GaN Capacity Deal,By Maurizio Di Paolo Emilio)

 

 

 

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