英飛凌-半導(dǎo)體行業(yè)：2025年GaN功率半導(dǎo)體發(fā)展預(yù)測

破解能源需求增強與凈零經(jīng)濟之間的矛盾3氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體正處于高速增長軌道，并在多個行業(yè)逐步邁向關(guān)鍵拐點。目前，消費類充電器和適配器已率先實現(xiàn)突破，預(yù)計今年將有更多應(yīng)用達到拐點，其他應(yīng)用則有望跟進。然而，GaN要實現(xiàn)廣泛普及，仍面1.綜合電力系統(tǒng)的重要性將進一步提升。GaN依托其在效率、功率密度和尺寸優(yōu)化方面的產(chǎn)品優(yōu)勢，在電力系2.除了“單純的”器件優(yōu)化，GaN的廣泛應(yīng)用需要全行業(yè)共同推動創(chuàng)新，以構(gòu)建健全的生態(tài)系統(tǒng)，包括先進封4多推動可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新（例如，電動汽車和太陽能發(fā)電場）高度依賴電氣系統(tǒng)，而這可能無意中帶來環(huán)境平衡問題。因此，如何解決這些挑戰(zhàn)，對于推動可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。技術(shù)的進步必須與提高能效、減少二氧化碳排放的創(chuàng)新并行發(fā)展，而這正是GaN的用當今和未來的技術(shù)高度依賴電能來推動創(chuàng)新，而這同大多數(shù)全球企業(yè)已將可持續(xù)性作為核心業(yè)務(wù)戰(zhàn)略。在一項調(diào)查中，80%的高管表示，他們優(yōu)先投資可持續(xù)氮化鎵（GaN）已被證明是提高各種應(yīng)用能效的解決不僅助力多個技術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)進步，也將成為企業(yè)及然而，GaN的大規(guī)模普及仍然取決于其成本可負擔性[5]。雖然在充電器和適配器等消費電子領(lǐng)域，GaN的普及已達到市場拐點，但在工業(yè)和汽車領(lǐng)域的廣泛接下來的預(yù)測章節(jié)將進一步解析這一增長趨勢，并提5消費電子機器人機器人行業(yè)的增長主要由市場需求增長和技術(shù)進步共同驅(qū)動。其中，全球人口老齡化導(dǎo)致勞動力短缺，成為推動機器人市場擴張的重要因素。此外，人工智能和傳感器集成的快速發(fā)展也使機器人技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用變得更這些技術(shù)進步帶來了諸多優(yōu)勢，例如，無需笨重的電解電容器、縮小了尺寸，并提高了可靠性。將逆變器集成到電機機箱，可減少散熱器的需求，同時優(yōu)化關(guān)節(jié)/軸的布線，并簡化具有高開關(guān)頻率的GaN基電機控制設(shè)計還支持在緊湊的密封外殼中，實現(xiàn)更高的功率。GaN在高頻下能夠667GaN在家用電器市場的增長強勁，預(yù)計未來4年將迎來快速增長，2023年-2029年的復(fù)合年增長率預(yù)計達到場競爭力的影響。能效標簽根據(jù)家用電器的能耗進行評級，是消費者購買家電的重要決策因素。為了獲得最高能效評級，制造商必須在保持高性能的同時，降低能耗。對此，提高家電內(nèi)部的功率轉(zhuǎn)換效率是一個有效的解決方隨著家電市場的不斷發(fā)展，GaN技術(shù)的廣泛應(yīng)用不僅將推動創(chuàng)新，也將在降低能耗、助力低碳化發(fā)展方面發(fā)揮關(guān)體二極管，可有效減少反向恢復(fù)電荷等寄生效應(yīng)。此外，GaN逆變器具備更快的開關(guān)速度，使小型高電感電機可在更高的速度下運行，減少部分家電對復(fù)雜傳動系統(tǒng)的需求，從而降低成本。此外，它可實現(xiàn)更緊湊的電機驅(qū)動最后，GaN逆變器能效更高，散熱更少，使得工程師無需使用散熱器。傳統(tǒng)散熱器通常由鋁制成，體積龐大，在制造過程中需要人工安裝；在高濕度環(huán)境下運行時，易受冷凝影響，成為故障點，從而降低可靠性。通過消除8住宅太陽能和預(yù)測：GaN技術(shù)將進一步提升住宅太陽能和ESS的效迄今為止，清潔能源轉(zhuǎn)型最成功案例之一便是太陽能但清潔能源發(fā)電的增長速度仍未滿足全球日益增長的電力需求，若要實現(xiàn)凈零排放目標，太陽能光伏發(fā)電長的主要驅(qū)動力包括，消費者對可持續(xù)發(fā)電需求的認識不斷提高，以及政府稅收和補貼政策的增加[22]。在這類支持性政策環(huán)境及其他因素的推動下，預(yù)計到在既定政策情景（STEPS）下，光伏發(fā)電將占全球總發(fā)電量的25%，在凈零排放情景（NZE）下，這一比隨著全球向可再生能源轉(zhuǎn)型，高效的電力轉(zhuǎn)換與傳輸技術(shù)變得尤為重要。而這正是高效GaN技術(shù)地。在住宅生態(tài)系統(tǒng)中，GaN技術(shù)發(fā)揮著日益重要的作用，廣泛應(yīng)用于微型逆變器、串式/混合逆變器、功率優(yōu)化器、便攜式電站，以及車網(wǎng)互聯(lián)（V2G）電在太陽能微型逆變器中，GaN器件可帶來諸多優(yōu)勢。其中，一個顯著的優(yōu)勢在于，它能夠處理更高的功率水平，同時保持較小的逆變器外形尺寸，從而實現(xiàn)緊因此有助于提高效率并減少散熱。此外，單向和創(chuàng)新另一個重要趨勢是，住宅或電動汽車對電池充放電的需求日益增長，這被稱為V2X（車聯(lián)萬物）系統(tǒng)。在能夠雙向阻斷電壓，從而使能量流控制更加高效，同時確保在不同運行條件下的安全性和可靠性。此外，BDS無需中間直流鏈路，即可提升功率密度、縮小外形尺寸，并降低成本。換言之，與傳統(tǒng)的背靠背開關(guān)顯著降低系統(tǒng)成本，同時提高功率密度和效率。不僅如此，基于GaN的混合式/串式逆變器具備更低的開這在儲能系統(tǒng)中尤為重要，因為混合式逆變器需要高效管理電網(wǎng)、儲能系統(tǒng)與負載之間的能量流動，從而在功率優(yōu)化器系統(tǒng)中，GaN技術(shù)可以調(diào)節(jié)光伏（PV）面板的最佳電流和電壓，進一步發(fā)揮其高功率密度和效率的優(yōu)勢。此外，優(yōu)化器系統(tǒng)的另一個關(guān)鍵方面是熱性能。與傳統(tǒng)的硅基器件相比，GaN器件具有更高的熱導(dǎo)率，因此可以更高效地散熱，降低器件的工作總之，GaN功率半導(dǎo)體有望提高住宅太陽能和儲能系統(tǒng)的效率和性能，實現(xiàn)更緊湊、更高效的設(shè)計，這是移動出行高電動汽車（EV）的充電效率、功率密度和材料可持未來幾年電動化轉(zhuǎn)型仍將持續(xù)加速，這主要得益于全新的解決方案，能為市場帶來經(jīng)濟高效[24]、面向未政府政策（例如，歐盟的二氧化碳排放標準和美國的更高的效率、更緊湊的尺寸和更輕量化，是電動汽車技術(shù)路線圖的關(guān)鍵優(yōu)化方向，而這些正是GaN等寬禁由于獨特的電氣參數(shù)、更高的集成度和日益成熟的市相比傳統(tǒng)的硅基解決方案，GaN在電動汽車領(lǐng)域具有多項核心優(yōu)勢，完全符合市場對可持續(xù)、高效能和成并減少散熱。其高功率密度最大限度地減少了材料用量，從而實現(xiàn)更緊湊、更輕量化的設(shè)計?；贕aN的解決方案可實現(xiàn)更小、更具成本效益的電容器和變壓器，從而在保持高性能的同時，減少整個系統(tǒng)的體積和成本。GaN技術(shù)的集成實現(xiàn)了雙向開關(guān)和集成邏輯等新特性，使系統(tǒng)更加緊湊、診斷更加簡便，實現(xiàn)面在車載充電器領(lǐng)域，GaN具備零反向恢復(fù)電荷，可有效降低電磁干擾；提供更低的開關(guān)損耗，使磁性元件其中，GaN支持優(yōu)化系統(tǒng)尺寸，并使風冷系統(tǒng)適用于GaN在移動出行應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用將持續(xù)增長，首批可推出。各大汽車廠商和供應(yīng)商正在積極驗證GaN解決方案的質(zhì)量、穩(wěn)健性和成本效益，為將來的大規(guī)模部盡管GaN潛力巨大，但業(yè)界必須應(yīng)對質(zhì)量驗可擴展性和法規(guī)遵從性等挑戰(zhàn)。然而，GaN帶來的機會同樣引人注目，包括拓展電動汽車和可再生能源系統(tǒng)的應(yīng)用范圍、推動功率電子拓撲結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，以及預(yù)測：在汽車牽引逆變器領(lǐng)域采用GaN技術(shù)，將進一電動汽車（xEV）市場（包括純電動汽車（BEV）））牽引逆變器是電動汽車高功率驅(qū)動系統(tǒng)的核心組件，從而驅(qū)動電動機，并控制車輛速度和扭矩。當前最先進的逆變器設(shè)計中，半導(dǎo)體選擇的核心要求包括：高在未來的400V傳動系統(tǒng)中，GaN的優(yōu)異開關(guān)性能可進一步降低逆變器損耗，特別是在輕載工況下。在實GaN帶來了效率提升，這可以延長續(xù)航里程，或使車輛使用更小、更便宜的電池。此外，由于GaN可以在牽引逆變器已經(jīng)實現(xiàn)非常高的能效水平，但要實現(xiàn)整體系統(tǒng)效率的進一步提升，還需要在系統(tǒng)架構(gòu)層面進行創(chuàng)新。采用三級拓撲結(jié)構(gòu)的牽引逆變器由于可以生與當今最先進的兩級逆變器相比，“T型”三級逆變雙向GaN開關(guān)是對800VT型三級新。在該拓撲結(jié)構(gòu)中，每個相腳的背對背開關(guān)可以被提升了系統(tǒng)效率，同時縮小了半導(dǎo)體的尺寸，并降低了成本。因此，將650V雙向GaN與1200V單向硅或碳化硅器件相結(jié)合，是下一代牽引逆變器系統(tǒng)級創(chuàng)新的一個良好示范，充分發(fā)揮不同半導(dǎo)體技術(shù)的獨特總之，GaN技術(shù)可以延長續(xù)航里程，并提高400v和800v系統(tǒng)的能效，將有助于提升電動汽車的市場普向更高電壓功率架構(gòu)的過渡，需要能夠承受更高電壓禁帶特性，可顯著降低導(dǎo)通電阻，并盡可能地減少開關(guān)損耗，從而提高整體系統(tǒng)效率。此外，GaN器件可以在更高的開關(guān)頻率下運行，支持使用更小的無源元從而盡可能減少了開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗，并改善熱性能。GaN是48V系統(tǒng)中DC-DC轉(zhuǎn)換器的理想隨著汽車對更高性能的需求不斷提升，其對功率/電成了巨大挑戰(zhàn)，要支持更高的功率輸出，12要變得更粗、更重，制造和安裝難度也隨之增加。相比之下，48V功率架構(gòu)更適合滿足高功率需求，因為的1/4，因此，電線厚度可減至1/16。另外，它還減少了對大電流端子和連接器的需求?；谶@些原因，GaN技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢，可以滿足這些需求。它具有高能效、優(yōu)異的散熱性能，以及在更高的功率密度下運行管理和AI優(yōu)化領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。這些合作旨在提升能效水平和帶來新的應(yīng)用，充分發(fā)揮GaN的獨特優(yōu)勢，以滿GaN正逐步成為一項顛覆性的技術(shù)，特別是在5G基站等高功率需求應(yīng)用領(lǐng)域。AI與電信行業(yè)的深度融合GaN技術(shù)在大都市和市中心等高需求地區(qū)的廣泛應(yīng)用機會。隨著技術(shù)趨勢的持續(xù)演未來將上升至7%[31]。這一趨勢促使行業(yè)對更先進的功率解決方案產(chǎn)生迫切需求，以應(yīng)對AI服務(wù)器日益增長的AI計算的供電將高度依賴GaN技術(shù)來最大化功率密度，并優(yōu)化功率架構(gòu)各環(huán)節(jié)的能效。這種模塊化的方法使得每種技術(shù)都能各展所長，形成協(xié)同優(yōu)耗散，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心需要龐大的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施。隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴張，冷卻需求可能成為運營的一大瓶頸，此外，包括GaN在內(nèi)的寬禁帶半導(dǎo)體正在快速滲透數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。雖然GaN在充電器和適配器等其他領(lǐng)域已經(jīng)達到了市場普及的拐點，但隨著AI數(shù)據(jù)中心功率水平的持續(xù)攀升，GaN技術(shù)正愈發(fā)受到行載日益增長的需求支持下，GaN技術(shù)在下一代電源設(shè)計中的部署已經(jīng)啟動。未來幾年，在對緊湊、高效和高性能GaN技術(shù)在滿足人工智能數(shù)據(jù)中心的功率需求方面取得了重大突破。憑借混合架構(gòu)、效率改