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纳芯微：从欠阻尼到过阻尼，一文看懂<span style='color:red'>GaN</span>栅极波形如何“翻身”

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纳芯微：从欠阻尼到过阻尼，一文看懂GaN栅极波形如何“翻身”

　　增强型GaN HEMT具有开关速度快、导通电阻低、功率密度高等特点，正广泛应用于高频、高效率的电源转换和射频电路中。但由于其栅极电容小，栅极阈值电压低(通常在1V到2V之间)、耐受电压低(通常-5V到7V)等特点，使得驱动电路设计时需格外注意，防止开关过程中因误导通或振荡而导致器件失效。　　为应对这一挑战，本文深入分析GaN HEMT在开通与关断时的振荡机制，通过合理配置驱动电阻与栅源间RC吸收支路等策略，有效抑制振荡与过冲。同步结合纳芯微高压半桥NSD2622N GaN HEMT驱动器的应用测试，验证了多种器件与参数组合下的优化效果，助力系统实现稳定、可靠的高频驱动设计。　　01 GaN HEMT开关过程中振荡机制与驱动设计考量图1 GaN HEMT驱动电路　　常见的GaN HEMT驱动电路如图1所示，工作时分别由电阻R1和R2来调节其开通和关断速度。该驱动电路可以看作一个串联的LRC电路。GaN HEMT开通时，受漏极高的dv/dt和米勒电容CGD的影响，栅极电压可能出现振荡或过冲，其电流路径如图1中的ISRC所示。这种振荡或过冲将引起GaN HEMT功耗增加或失效。为了避免过大的振荡或过冲，开通时总的栅极等效电阻建议大于公式(1)中给出的值。　　公式(1)　　其中LG为开通时总的等效寄生电感，RG(eq)为开通时总的等效驱动电阻，CGS为GaN HEMT的栅极等效电容。　　GaN HEMT关断时，受驱动回路寄生电感和栅极关断速度的影响，栅极电压可能出现负向过冲或振荡，这种过大的负向过冲或振荡可能导致栅极击穿或误导通。其电流路径如图1中的Isink所示。设计时要避免这种过大的负向过冲或误开通发生。　　从图1可以看到，开通和关断时的电流路径ISRC和Isink有所不同，对应的开通和关断时总的等效寄生电感LG和等效电阻RG(eq)会有所差异。其中开通时总的等效寄生电感LG包含了的电源部分的寄生电感，而关断时LG则不包含电源部分的寄生电感，分析计算时要注意。　　为了更直观的理解不同驱动电阻对GaN HEMT的影响，我们采用双通道半桥 GaN HEMT驱动器NSD2622N配合不同的GaN HEMT进行了测试验证。下面就相关器件和验证结果进行简要介绍和说明。　　02 纳芯微高压半桥GaN HEMT驱动器NSD2622N　　纳芯微NSD2622N是一款QFN 5X7的高压半桥GaN HEMT驱动器，其功能框图和管脚定义如图2和图3所示。该芯片采用了成熟的电容隔离技术，可以满足高压应用要求。其高低边均集成了专用的正负电压调节器，其中正压为5V~6.5V可调，负压为固定的-2.5V，为GaN HEMT提供可靠的负压关断;该芯片具有传输延时短、驱动电流大(峰值电流分别为2A/-4A)等特点，可以满足不同系统的应用要求;同时还具有欠压保护、过温保护和死区互锁等功能，其中死区互锁功能可以有效防止桥臂的上下管直通。此外，该驱动器还提供一路5V的LDO输出，为系统设计提供更多的便捷性。图2 NSD2622N功能框图图3 NSD2622N Pin定义　　03 GaN HEMT的参数介绍　　试验中采用了两款具有开尔文引脚的TOLL封装高压GaN HEMT进行验证，型号分别为INNO65TA080BS和GS0650306LL，对应的主要参数如下表所示。　　04 实验结果图4 双脉冲测试框图　　我们采用框图4所示的双脉冲电路对不同驱动电阻下GaN HEMT的栅极波形进行测试验证。其中NSD2622N驱动回路的参考地和GaN HEMT开尔文脚连接，开通时栅极驱动环路总的寄生电感约为38nH，根据 GaN HEMT的规格书CISS计算得到开通时的等效电阻RG(eq)应不小于26Ω。为了直接观察欠阻尼对驱动的影响，R1分别采用10Ω和27Ω进行了对比验证，测试波形如下表1所示，其中蓝色为GaN HEMT的漏极波形，绿色为电感LM的电流，黄色为GaN HEMT的栅极波形。表1 调整前的开通波形　　从表1中的波形可以看到， R1为10ohm时，开通驱动回路工作在欠阻尼模式，总线电压50V左右时，两款GaN HEMT的栅极和漏极电压均出现高频振荡，系统无法正常工作;R1为27ohm时，400V电压下，两款GaN HEMT均能正常工作，但INNO65TA080BS在开通过程中，栅极电压出现较为严重的高频振荡。究其原因，主要是由于两款GaN HEMT内部源极的寄生电感和开通时的di/dt存在一定的差异，这种差异导致栅极高频振铃明显不同。为了减小这种振荡，进一步增加驱动电阻R1到33ohm或在栅源极之间并联RC(20ohm+1nF)支路，降低GaN HEMT的开通速度，减小开通时的di/dt，相应的开通关断波形见表2和表3。表2 调整参数后的开通波形　　从表2的波形中可以看出，400V总线下，两种方案下工作正常，栅极的高频振荡和过冲明显改善。其中栅源之间并联RC支路与单纯增大R1相比，栅极电压更加平滑，无明显过冲，但开通延时更长，功耗会有所增加，设计时需要注意。表3 关断时的波形　　从表3的波形可以看到，负压关断时，栅极出现明显的负压过冲和振荡，但没有出现误开通。其中栅极没有并联RC支路时，负压过冲超过-5V;并联RC支路后，负压过冲幅值明显减小。关于关断时栅极的负压过冲和振荡可以通过调整电阻R2阻值或并联RC支路的参数来进一步优化。　　结论与建议　　实验结果表明，合理的栅极驱动电阻可以保证GaN HEMT正常稳定工作，过小的驱动电阻易造成栅极电压出现振荡，严重的会导致系统无法正常工作或失效。因此在设计增强型GaN HEMT的驱动电路开通时，栅极驱动电阻尽量满足：　　以此来避免开通时栅源电压出现过冲振荡，并且计算LG时，要充分考虑驱动回路中PCB走线的寄生电感和芯片的寄生电感。同时，针对不同的GaN HEMT, 栅源之间可以适当的并联RC支路，有效吸收开通关断时的振荡尖峰。对于高压的GaN HMET，采用负压关断可以防止关断过程中栅极误导通。此外，驱动芯片尽可能靠近GaN HEMT, 减小驱动回路的寄生电感，同时尽量选用带有开尔文脚的GaN HEMT。

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发布时间：2025-07-28 14:19 阅读量：750 继续阅读>>

瑞萨电子：高性能系统如何从<span style='color:red'>GaN</span>和低压MOSFET中受益

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瑞萨电子：高性能系统如何从GaN和低压MOSFET中受益

　　Gabriele Clapier，Power System Marketing Manager："随着汽车、工业和机器人应用对效率、功率密度和可靠性的要求不断提高，功率半导体技术也取得了长足的发展。氮化镓(GaN)和低压MOSFET是推动这一发展的两项最具影响力的创新。Renesas一直处于这些进步技术的最前沿，为这些要求苛刻的行业提供量身定制的高性能解决方案。在这里，我想探讨GaN和MOSFET在这些应用中的作用、它们的优势和挑战，并探讨一些行业用例。"　　GaN和Cascode D-Mode架构的优势　　与传统的硅基器件相比，GaN具有许多优势，包括更高的效率、更快的开关速度和卓越的热性能。这些优势源于GaN较低的导通电阻和更少的栅极电荷，这有助于降低导通和开关损耗。GaN还允许更高的开关频率，从而实现更紧凑、更高效的电力电子设计。　　GaN最有效的实现方式之一是Cascode D-Mode(耗尽模式)配置，通过常开GaN高电子迁移率晶体管 (HEMT)与低压硅MOSFET配对，以创建常闭器件。　　这种组合可以发挥GaN的高效率和快速开关特性，同时保持了使用传统硅栅极驱动器的易控制的特性。 Cascode方法提供更强的耐用性、高电压作以及与现有电路拓扑的兼容性，使其成为高效电源应用的首选解决方案。　　主要应用–能源、电动汽车充电、电机控制和汽车　　可再生能源的兴起也增加了对便携性和高效系统的需求。基于GaN的解决方案被广泛使用，因为它们支持紧凑、轻便和高效的USB-C电源系统，通过提供更快的充电和更高的能源转换率，实现便携性的设计目标。　　随着电动汽车的加速采用，智能充电解决方案对于效率和监控至关重要。基于GaN和MOSFET的电力电子器件可帮助实现这关键系统的高效率、低散热和快速开关速度的目。访问这些应用页面，了解这如何有利于X-in-1集成和其他安全、高效且可扩展的电动和混合动力汽车(EV/HEV)解决方案。　　现代AI驱动型电机控制解决方案利用GaN和低压 MOSFET来提高精度和效率。边缘AI在机器人和工业自动化中发挥着重要作用，可实现实时调整、预测性维护和更高能源效率。基于AI的控制算法与高性能功率器件的集成确保了卓越的电机性能，同时降低了能耗。高压GaN技术通过降低损耗和提高功率密度，正在彻底改变功率转换，这些进步使工业和汽车应用都受益。基于高压GaN的转换器可实现更紧凑、更轻便的设计，并具有卓越的功率转换能力。在1.2kW高压GaN逆变器解决方案中查看其实际应用。在电机驱动和机器人应用页面上查看其他高功率交流驱动器设计。　　GaN FET和MOSFET通过实现最小的功率损耗、更强的安全性和稳健的性能，在汽车应用中发挥着至关重要的作用。例如，在上述EV系统中，将多种动力功能集成到单个X-in-1E-Axle解决方案中，可显著提高效率并降低系统复杂性。氮化镓技术提高了功率转换效率，减小了尺寸和重量，最终延长了行驶里程和可靠性，这是将逆变器、车载充电器(OBC)、DC/DC转换器和配电单元(PDU)组合在一起时的关键因素。　　在不断增长的电动两轮车市场中，高效的48V无刷直流 (BLDC)电机控制解决方案至关重要。具有优化 FOM(品质因数，RDSon xQG)的低压MOSFET可实现更高的开关频率、更低的损耗和更好的热性能，从而可帮助实现紧凑、轻便的动力系统，延长电池寿命并改善加速性能。　　总结　　GaN和低压MOSFET正在彻底改变多个领域的电力电子技术，瑞萨电子通过为可再生能源、电动汽车充电、电机控制和下一代汽车架构提供高效、高性能的解决方案来推动这些创新。随着技术的不断进步，这些技术将进一步提高未来工业和汽车应用的能效、可靠性和集成度。

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发布时间：2025-07-24 13:33 阅读量：393 继续阅读>>

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瑞萨电子推出全新GaN FET，增强高密度功率转换能力，适用于AI数据中心、工业及电源系统应用

　　全球半导体解决方案供应商瑞萨电子(TSE：6723)宣布推出三款新型高压650V GaN FET——TP65H030G4PRS、TP65H030G4PWS和TP65H030G4PQS，适用于人工智能(AI)数据中心和服务器电源(包括新型800V高压直流架构)、电动汽车充电、不间断电源电池备份设备、电池储能和太阳能逆变器。此类第四代增强型(Gen IV Plus)产品专为多千瓦级应用设计，将高效GaN技术与硅基兼容栅极驱动输入相结合，显著降低开关功率损耗，同时保留硅基FET的操作简便性。新产品提供TOLT、TO-247和TOLL三种封装选项，使工程师能够灵活地针对特定电源架构定制热管理和电路板设计。　　这三款新型产品基于稳健可靠的SuperGaN®平台打造。该平台采用经实际应用验证的耗尽型(d-mode)常关断架构，由Transphorm公司(瑞萨已于2024年6月收购该公司)首创。与硅基、碳化硅(SiC)和其它GaN产品相比，基于低损耗耗尽型技术的产品具有更高的效率。此外，它们通过更低的栅极电荷、输出电容、交叉损耗和动态电阻影响，以最大限度地减少功率损耗，并具备更高的4V阈值电压——这是当前增强型(e-mode)GaN产品所无法达到的性能。　　新型Gen IV Plus产品比上一代Gen IV平台的裸片小14%，基于此实现30毫欧(mΩ)的更低导通电阻(RDS(on))，较前代产品降低14%，并且在导通电阻与输出电容乘积这一性能指标(FOM)上提升20%。更小的裸片尺寸有助于降低系统成本，减少输出电容，进而提升效率和功率密度。这些优势使Gen IV Plus产品成为对成本敏感且对散热要求较高应用的理想选择，特别是在需要高性能、高效率和紧凑体积的场景中。它们与现有设计完全兼容，便于升级，同时保护已有的工程投入。　　这些产品采用紧凑型TOLT、TO-247和TOLL封装，为1kW至10kW的电源系统提供广泛的封装选择，满足热性能与布局优化的要求，还可并联更高功率的电源系统。新型表面贴装封装包括底部散热路径(TOLL)和顶部散热路径(TOLT)，有助于降低外壳温度，方便在需要更高导通电流时进行器件并联。此外，常用的TO-247封装为客户带来更高的热容量，以实现更高的功率。　　Primit Parikh, Vice President of the GaN Business Division at Renesas表示：“Gen IV Plus GaN产品的成功发布，标志着瑞萨自去年完成对Transphorm的收购后，在GaN技术领域迈出具有里程碑意义的第一步。未来，我们将深度融合经市场场验证的SuperGaN技术与瑞萨丰富的驱动器及控制器产品阵容，致力于打造完整的电源解决方案。这些产品不仅可作为独立FET使用，更能与瑞萨控制器或驱动器产品集成到完整的系统解决方案设计中，这一创新组合将为设计者提供更高功率密度、更小体积、更高效率，且总系统成本更低的产品设计方案。”　　独特的耗尽型常关断设计，实现可靠性与易集成性　　与此前的耗尽型GaN产品一样，瑞萨全新GaN产品采用集成低压硅基MOSFET的独特配置，拥有无缝的常关断操作，同时充分发挥高电压GaN在低损耗和高效率开关方面的优势。由于其输入级采用硅基FET，SuperGaN FET可以使用标准现成的栅极驱动器进行驱动，而无需通常增强型GaN所需的专用驱动器。这种兼容性既简化设计流程，又降低系统开发者采用GaN技术的门槛。　　为满足电动汽车(EV)、逆变器、AI数据中心服务器、可再生能源和工业功率转换等领域的高要求，基于GaN的开关产品正迅速成为下一代功率半导体的关键技术。与SiC和硅基半导体开关产品相比，它们具有更高的效率、更高的开关频率，和更小的尺寸。　　瑞萨在GaN市场上独具优势，提供涵盖高功率与低功率的全面GaN FET解决方案，这与其它许多仅在低功率段取得成功的厂商形成鲜明对比。丰富的产品组合使瑞萨能够满足更广泛的应用需求和客户群体。截至目前，瑞萨已面向高、低功率应用出货超过2,000万颗GaN器件，累计现场运行时间超过300亿小时。

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发布时间：2025-07-04 10:41 阅读量：363 继续阅读>>

纳芯微高压半桥驱动NSD2622N：为E-mode <span style='color:red'>GaN</span>量身打造高可靠性、高集成度方案

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纳芯微高压半桥驱动NSD2622N：为E-mode GaN量身打造高可靠性、高集成度方案

　　纳芯微发布专为增强型GaN设计的高压半桥驱动芯片NSD2622N，该芯片集成正负压稳压电路，支持自举供电，具备高dv/dt抗扰能力和强驱动能力，可以显著简化GaN驱动电路设计，提升系统可靠性并降低系统成本。　　　应用背景　　近年来，氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)凭借高开关频率、低开关损耗的显著优势，能够大幅提升电源系统的功率密度，明显优化能效表现，降低整体系统成本，在人工智能(AI)数据中心电源、微型逆变器、车载充电机(OBC)等高压大功率领域得到日益广泛的应用。　　然而，GaN器件在实际应用中仍面临诸多挑战。以增强型氮化镓(E-mode GaN)器件为例，由于导通阈值较低，在高压大功率场景，特别是硬开关工作模式下，如果驱动电路设计不当，高频、高速开关过程中极易因串扰而导致误导通现象。与此同时，适配的驱动电路设计也比较复杂，这无疑提高了GaN器件的应用门槛。　　为了加速GaN应用普及，国内外头部GaN厂家近年来推出了一些集成驱动IC的GaN功率芯片，特别是MOSFET-LIKE类型的GaN功率芯片，其封装形式可与Si MOSFET兼容，在一定程度上降低了GaN驱动电路的设计难度。但集成驱动的GaN芯片仍存在很多局限性：一方面难以满足一些客户对于差异化产品设计的需求;另一方面，在多管并联、双向开关等应用场景中并不适用，所以在诸多应用场景中仍需要分立GaN器件及相应的驱动电路。对此，纳芯微针对E-mode GaN开发专用驱动芯片NSD2622N，致力于为高压大功率场景下的GaN应用，提供高性能、高可靠性且具备成本竞争力的驱动解决方案。　　产品特性　　NSD2622N是一款专为E-mode GaN设计的高压半桥驱动芯片，该芯片内部集成了电压调节电路，可以生成5V~6.5V可配置的稳定正压，从而实现对GaN器件的可靠驱动;内部还集成了电荷泵电路，可以生成-2.5V的固定负压用于GaN可靠关断。该芯片由于将正负电源稳压电路集成到内部，因此可以支持高边输出采用自举供电方式。　　NSD2622N采用纳芯微成熟可靠的电容隔离技术，高边驱动可以支持-700V到+700V耐压，最低可承受200V/ns的SW电压变化速率，同时高低边输出具有低传输延时和较小的传输延时匹配特性，完全满足GaN高频、高速开关的需求。此外，NSD2622N高低边输出均能提供2A/-4A峰值驱动电流，足以应对各类GaN应用对驱动速度的要求，并且可用于GaN并联使用场景。NSD2622N内部还集成一颗5V固定输出的LDO，可以为数字隔离器等电路供电，以用于需要隔离的应用场景。　　NSD2622N详细参数：　　SW耐压范围：-700V~700V　　SW dv/dt抑制能力大于200V/ns　　支持5V~15V宽范围供电　　5V~6.5V可调输出正压　　-2.5V内置输出负压　　2A/4A峰值驱动电流　　典型值10ns最小输入脉宽　　典型值38ns输入输出传输延时　　典型值5ns脉宽畸变　　典型值6.5ns上升时间(1nF 负载)　　典型值6.5ns下降时间(1nF 负载)　　典型值20ns内置死区　　高边输出支持自举供电　　内置LDO固定5V输出用于数字隔离器供电　　具备欠压保护、过温保护　　工作环境温度范围：-40℃~125℃NSD2622N功能框图　　告别误导通风险，提供更稳定的驱动电压　　相较于普通的Si MOSFET驱动方案，E-mode GaN驱动电路设计的最大痛点是需要提供适当幅值且稳定可靠的正负压偏置。这是因为E-mode GaN驱动导通电压一般在5V~6V，而导通阈值相对较低仅1V左右，在高温下甚至更低，往往需要负压关断以避免误导通。为了给E-mode GaN提供合适的正负压偏置，一般有阻容分压和直驱两种驱动方案：　　1.阻容分压驱动方案　　这种驱动方案可以采用普通的Si MOSFET驱动芯片，如图所示，当驱动开通时，图中Cc与Ra并联后和Rb串联，将驱动供电电压(如10V)进行分压后，为GaN栅极提供6V驱动导通电压，Dz1起到钳位正压的作用;当驱动关断时，Cc电容放电为GaN栅极提供关断负压，Dz2起到钳位负压的作用。阻容分压驱动方案　　以上阻容分压电路尽管对驱动芯片要求不高，但由于驱动回路元器件数量较多，容易引入额外寄生电感，会影响GaN在高频下的开关性能。此外，由于阻容分压电路的关断负压来自于电容Cc放电，关断负压并不可靠。　　如以下半桥demo板实测波形所示，在启机阶段(图中T1)由于电容Cc还没有充电，负压无法建立，所以此时是零压关断;在驱动芯片发波后的负压关断期间(图中T2)，负压幅值随电容放电波动;在长时间关断时(图中T3)，电容负压无法维持，逐渐放电到零伏。因此，阻容分压电路往往用于对可靠性要求相对较低的中小功率电源应用，对于大功率电源系统并不适用。E-mdoe GaN采用阻容分压驱动电路波形(CH2为驱动供电，CH3为GaN栅源电压)　　2.直驱式驱动方案　　直驱式驱动方案首先需要选取合适欠压点的驱动芯片，如NSI6602VD，专为驱动E-mode GaN设计了4V UVLO阈值，再配合外部正负电源稳压电路，就可以直接驱动E-mode GaN。　　这种直驱式驱动电路在辅助电源正常工作时，各种工况下都可以为GaN提供可靠的关断负压，因此被广泛使用在各类高压大功率GaN应用场景。　　纳芯微开发的新一代GaN驱动NSD2622N则直接将正负稳压电源集成在芯片内部，如以下半桥demo板实测波形所示，NSD2622N关断负压的幅值、维持时间不受工况影响，在启机阶段(图中T1)驱动发波前负压即建立起来;在GaN关断期间(图中T2)，负压幅值稳定;在驱动芯片长时间不发波时(图中T3)，负压仍然稳定可靠。E-mode GaN采用NSD2622N驱动电路波形(CH2为低边GaN Vds，CH3为低边GaN Vgs)　　简化电路设计，降低系统成本　　NSD2622N不仅可以通过直驱方式稳定、可靠驱动GaN，最为重要的是，NSD2622N通过内部集成正负稳压电源，显著减少了外围电路元器件数量，并且采用自举供电方式，极大简化了驱动芯片的供电电路设计并降低系统成本。　　以3kW PSU为例，假设两相交错TTP PFC和全桥LLC均采用GaN器件，对两种直驱电路方案的复杂度进行对比：　　如果采用NSI6602VD驱动方案，需要配合相应的隔离电源电路与正负电源稳压电路，意味着每一路半桥的高边驱动都需要一路独立的隔离供电，所以隔离辅助电源的设计较为复杂。鉴于GaN驱动对供电质量要求较高，且PFC和LLC的主功率回路通常分别放置在独立板卡上，因此，往往需要采用两级辅助电源架构，第一级使用宽输入电压范围的器件如flyback生成稳压轨，第二级可以采用开环全桥拓扑提供隔离电源，并进一步稳压生成NSI6602VD所需的正负供电电源，以下为典型供电架构：NSI6602VD驱动方案典型供电架构　　如果采用NSD2622N驱动方案，则可以直接通过自举供电的方式来简化辅助电源设计，以下为典型供电架构：NSD2622N驱动方案典型供电架构　　将以上两种GaN直驱方案的驱动及供电电路BOM进行对比并汇总在下表，可以看到NSD2622N由于可以采用自举供电，和NSI6602VD的隔离供电方案相比极大减少了整体元器件数量，并降低系统成本;即使采用隔离供电方式，NSD2622N由于内部集成正负稳压电源，相比NSI6602VD外围电路更简化，因此整体元器件数量也更少，系统成本更低。GaN直驱方案的驱动及供电电路BOM对比　　适配多种类型GaN，驱动电压灵活调节　　纳芯微开发的E-mode GaN驱动芯片NSD2622N，不仅性能强大，还能够适配不同品牌、不同类型(例如电压型和电流型)以及不同耐压等级的GaN器件。举例来说，NSD2622N的输出电压通过反馈电阻可以设定5V~6.5V的驱动电压。这样一来，在搭配不同品牌的GaN时，仅仅通过调节反馈电阻就可以根据GaN特性设定最合适的驱动电压，使不同品牌的GaN都能工作在最优效率点。　　除此之外，NSD2622N具备最低200V/ns的SW节点dv/dt抑制能力，提升了GaN开关速度上限;采用更为紧凑的QFN封装以及提供独立的开通、关断输出引脚，从而进一步减小驱动回路并降低寄生电感;提供过温保护功能，使GaN应用更安全。　　纳芯微还可提供单通道GaN驱动芯片NSD2012N，采用3mm*3mm QFN封装，并增加了负压调节功能，从而满足更多个性化应用需求。

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发布时间：2025-05-30 09:52 阅读量：604 继续阅读>>

ROHM首款面向高耐压<span style='color:red'>GaN</span>器件驱动的隔离型栅极驱动器IC开始量产

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ROHM首款面向高耐压GaN器件驱动的隔离型栅极驱动器IC开始量产

　　5月27日，全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都市)宣布，推出一款适用于600V级高耐压GaN HEMT驱动的隔离型栅极驱动器IC“BM6GD11BFJ-LB”。通过与本产品组合使用，可使GaN器件在高频、高速开关过程中实现更稳定的驱动，有助于电机和服务器电源等大电流应用进一步缩减体积并提高效率。　　新产品是ROHM首款面向高耐压GaN HEMT的隔离型栅极驱动器IC。在电压反复急剧升降的开关工作中，使用本产品可将器件与控制电路隔离，从而确保信号的安全传输。　　新产品通过采用ROHM自主开发的片上隔离技术，有效降低寄生电容，实现高达2MHz的高频驱动。通过充分发挥GaN器件的高速开关特性，不仅有助于应用产品更加节能和实现更高性能，还可通过助力外围元器件的小型化来削减安装面积。　　另外，隔离型栅极驱动器IC的抗扰度指标——共模瞬态抗扰度(CMTI)*¹达到150V/ns(纳秒)，是以往产品的1.5倍，可有效防止GaN HEMT开关时令人困扰的高转换速率引发的误动作，从而有助于系统实现稳定的控制。最小脉冲宽度较以往产品缩减33%，导通时间缩短至仅65ns。因此，虽然频率更高却仍可确保最小占空比，从而可将损耗控制在更低程度。　　GaN器件的栅极驱动电压范围为4.5V～6.0V，绝缘耐压为2500Vrms，新产品可充分激发出各种高耐压 GaN器件(包括ROHM EcoGaN™系列产品阵容中新增的650V耐压GaN HEMT“GNP2070TD-Z”)的性能潜力。输出端的消耗电流仅0.5mA(最大值)，达到业界超低功耗水平，另外还可有效降低待机功耗。　　新产品已于2025年3月开始量产(样品价格：600日元/个，不含税)。另外，新产品也已开始网售，通过电商平台均可购买。　　EcoGaN™是ROHM Co.,Ltd.的商标或注册商标。　　<开发背景>　　在全球能源消耗逐年攀升的背景下，节能对策已成为世界各国共同面临的课题。尤其值得注意的是，据调查“电机”和“电源”消耗的电量约占全球总用电量的97%。改善“电机”和“电源”效率的关键在于采用碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等新材料制造的、负责功率控制和转换的新一代功率器件。　　ROHM充分发挥其在硅半导体和SiC隔离型栅极驱动器IC开发过程中积累的技术优势，成功开发出第一波产品——专为GaN器件驱动而优化的隔离型栅极驱动器IC。未来，ROHM将配套提供GaN器件驱动用的栅极驱动器IC与GaN器件，为应用产品的设计提供更多便利。　　<应用示例>　　◇ 工业设备：光伏逆变器、ESS(储能系统)、通信基站、服务器、工业电机等的电源　　◇ 消费电子：白色家电、AC适配器(USB充电器)、电脑、电视、冰箱、空调　　<术语解说>　　*1) 共模瞬态抗扰度(CMTI)　　隔离型栅极驱动器的主要参数之一，指产品对短时间内发生的电压急剧变化的耐受能力。特别是驱动GaN HEMT等转换速率较高的器件时，容易产生急剧的电压变化，通过采用CMTI性能优异的栅极驱动器，可有效防止器件损坏，并降低电路的短路风险。

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发布时间：2025-05-28 09:04 阅读量：430 继续阅读>>

从<span style='color:red'>GaN</span> 到 SiC, 茂睿芯控制器释放宽禁带半导体潜能

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从GaN 到 SiC, 茂睿芯控制器释放宽禁带半导体潜能

　　2025年3月28日，茂睿芯受邀参加充电头网在前海国际会议中心举办的2025(春季)亚洲充电展。茂睿芯华南区应用经理梁潮裕先生参加了同期举办的2025亚洲充电大会，并在现场带来了主题为《666：从GaN到SiC, 茂睿芯控制器释放宽禁带半导体潜能》的演讲。演讲主题中的3个6为茂睿芯即将推出的3款以6结尾新品：MK2706、MK2606S和MK1206H，此次演讲重点介绍了这3款产品的特点、优势以及实际测试效果。　　MK2706是一款集成700V/170mΩ的氮化镓功率管AC/DC产品，采用了全新GaNControlTM技术，能做到Current Sense 无采样电阻损耗，采用小环路+miller钳位的方式达成安全驱动，以及主动SR短路保护提高可靠性，并且能省去4颗个1206采样电阻，低压90V转换效率能提升0.3~0.4%，真正为客户做到省钱、省损耗、省心!　　MK2606S是截至目前为止，国内首发推出的小6pin直驱SiC的QR反激控制器，SiC本身具备高可靠性、高功率密度、高效率和耐高温的特点，MK2606能省去额外的SiC驱动器和驱动电路，具备全程QR/DCM以进一步提升转换效率、管脚抗扰加强能适用工业恶劣场景等产品优势。　　MK1206H是茂睿芯针对PD应用低电压做的一款5.1A大电流SR同步整流芯片，支持65W PD应用，助力多口充市场，可放置在输出正端或负端，支持CCM/DCM/QR、<500kHz频率、低至 3V 输出电压(自供电)，MK1206H能做到10ns极低关断延迟和4A关断电流，使得Vds应力尖峰电压能做得更低，同时具备25ns快速开通延迟进一步提升系统转换效率，适用于USB-PD快充、适配器及多口插排等应用场景。　　自2017年成立之初以来，茂睿芯始终坚持自主研发和创新驱动的开发理念，持续聚焦PD快充、工业电源等场景，打造了系列一站式解决方案的高性能模拟芯片产品，目前产品已覆盖消费电子、工业与算力及汽车电子等应用场景。

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茂睿芯

发布时间：2025-04-03 17:35 阅读量：755 继续阅读>>

江西萨瑞微电子SiC 和 <span style='color:red'>GaN</span>赋能AI服务器电源系统

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江西萨瑞微电子SiC 和 GaN赋能AI服务器电源系统

　　01AI服务器电源的核心挑战与技术需求　　超高功率密度：单机架功率已从传统服务器的数千瓦提升至数十千瓦(如英伟达DGX-2需10kW，未来GB300芯片预计达1.4kW单芯片功耗)，要求电源方案在有限空间内实现高效能量转换。　　高频化与高效率：单个 GPU 的功耗将呈指数级增长，到 2030 年将达到约 2000 W，而 AI 服务器机架的峰值将达到惊人的 >300 kW。这些要求对数据中心机架的 AC 和 DC 配电系统进行新的架构更改，重点是减少从电网到核心的转换和配电功率损耗。为降低损耗并适配GPU/TPU的高频运算，电源转换频率逐步提升至MHz级，同时需将转换效率从传统的96%提升至98%以上，以减少散热成本与碳排放。　　高压化与稳定性：输入电压向800V DC-HVDC(高压直流)演进，输出电压则需精准降至芯片级所需的0.8V-12V，要求器件具备宽电压范围适应性与低噪声特性。　　02PSU的拓扑图及演变　　图 2(a)显示了开放计算项目 (OCP) 机架电源架构的示例图。每个电源架由三相输入供电并容纳多个 PSU;每个 PSU 由单相输入供电。机架向母线输出直流电压(例如 50 V)，母线还连接到 IT 和电池架。　　AI 趋势要求 PSU 进行功率演进，如图 2(b)所示。让我们通过实施拓扑和设备技术建议的示例来介绍这些 PSU 的每一个代。　　AI 服务器机架 PSU 的趋势和功率演进　　第一代 AI PSU 高效电能转换基石　　在第一代 AI PSU(2010-2018 年)的硅基架构框架下，实现5.5-8kW 功率、50V 输出、277V 单相输入　　当前的AI服务器PSU大多遵循ORv3-HPR标准[9]。相较于先前的ORv3 3 kW标准[9]，该标准的大部分要求(包括输入和输出电压以及效率)保持不变，但增加了与AI服务器需求相关的更新，例如，更高的功率和峰值功率要求(稍后详述)。此外，由于与BBU架的通信方式有所调整，输出电压的调节范围变得更窄。　　尽管每个电源架都通过三相输入(400-480 Vac L-L)供电(见图2)，但每台PSU的输入仍为单相(230-277 Vac)。图3展示了符合ORv3-HPR标准的第一代PSU的部署示例：PFC级可以采用两个交错的图腾柱拓扑结构，其中，650V CoolSiC™ MOSFET用于快臂开关，600V CoolMOS™ SJ MOSFET用于慢臂开关。DC-DC级可以选用650V CoolGaN™晶体管的全桥LLC，次级全桥整流器和ORing则使用80V OptiMOS™ Power MOSFET。　　推荐使用萨瑞微电子800V-1000V整流桥　　第二代AI PSU：增加线路电压　　如上所述，随着机架功率增加到300kW以上，电源架的功率密度变得至关重要。因此，下一代PSU的设计方向是，在单相架构中实现8kW至12kW的输出功率。随着每个机架的功率增加，数据中心中的机架数量在某些情况下，可能会受配电电流额定值和损耗的约束。因此，为了降低交流配电的电流和损耗，部分数据中心可能会将机架的交流配电电压从400/480V提高到600Vac L–L(三相)，同时将PSU的输入电压从230/277Vac 提高到347Vac(单相)。　　对于DC-DC级来说，三相LLC拓扑结构是一种理想选择，其中，750V CoolSiC™ MOSFET用于初级侧开关，80V OptiMOS™ 5 Power MOSFET用于次级全桥整流器和ORing。由于增加了第三个半桥开关臂，该解决方案能够提供更高的功率，有效降低输出电流的纹波，并通过三个开关半桥之间的固有耦合实现自动电流分配。　　推荐使用萨瑞微高频开关　　高频开关(500V硅基MOS推荐)　　高频开关(650V硅基MOS推荐)　　硅基MOSFET： 500V/650V硅基MOS：采用沟槽式结构，适用于中低频(<500kHz)、中等功率场景，如辅助电源或低压侧开关，导通电阻低至30mΩ以下，支持快速开关响应。　　高频开关(600V超结MOS推荐)　　高频开关(650V超结MOS推荐)　　超结MOSFET(600V/650V/800V)：通过电荷平衡技术突破硅基材料限制，实现高耐压与低导通电阻的平衡(如650V型号Rds(on)≤15mΩ)，适用于1MHz以上高频场合，可显著减小磁性元件体积，提升功率密度。　　碳化硅MOSFET(650V/1200V/1700V)：针对800V高压输入与超高频率(>2MHz)场景，碳化硅器件展现出无可替代的优势：　　材料特性：禁带宽度是硅的3倍，支持更高结温(175℃)与耐压，开关损耗降低70%以上，适用于全碳化硅LLC拓扑，转换效率可达98.5%。　　第三代AI PSU：三相架构与400V配电　　为了进一步提高机架功率，第三代 AI PSU 将采用更具颠覆性的机架架构，如下所示：　　1PSU输入：从单相转为三相，以提高功率密度，并降低成本　　2电源架PSU输出电压：从50V提升到400V，以降低母线电流、损耗和成本　　三相输入和 400 V 输出 PSU 的示例实现，其中包含推荐的设备和技术。PFC 级是 Vienna 转换器，这是三相 PFC 应用的流行拓扑。它的主要优势在于，由于其分离总线电压，它允许使用 650 V 设备，使用两倍数量的背对背 CoolSiC MOSFET 650 V 和 CoolSiC 1200 V 二极管。由于 PFC 输出是分离电容器，因此每个电容器电压为 430 V，并向全桥 LLC 转换器供电，初级和次级侧均配备 CoolGaN 晶体管 650 V。两个 LLC 级在初级侧串联，在次级侧并联，以向 400 V 母线供电。　　或者，两个背靠背的 CoolSiC MOSFET 650 V 可以用 CoolGaN 双向开关 (BDS) 650 V 代替，后者是真正的常闭单片双向开关。这意味着单个 CoolGaN BDS 可以取代四个分立电源开关，以获得相同的 RDS(on)，因为它在 RDS(on)/mm2 方面具有高效的芯片尺寸利用率。　　在DC-DC变换器的次级整流中，同步整流MOS管替代传统二极管，消除肖特基势垒电压，大幅降低导通损耗：　　产品特性：低栅极电荷(Qg<10nC)与极低导通电阻(如40V耐压型号Rds(on)≤5mΩ)，支持全负载范围高效运行。内置体二极管反向恢复电荷(Qrr)极低，减少振荡与EMI干扰，适配高频同步整流控制方案。　　技术优势：配合驱动电路实现ZVS(零电压开关)或ZCS(零电流开关)，在10kW以上功率模块中，可将整流效率从95%提升至99%以上。　　WBG 对 AI PSU 的好处　　宽带隙 (WBG) 半导体(例如 CoolGaN)成为 AI PSU 的最佳选择，因为它们在更高的开关频率下提供最佳效率，从而实现更高功率密度的转换器，而不会影响转换效率。　　除了 AI PSU 的标称功率显著上升外，GPU 还会吸收更高的峰值功率并产生高负载瞬变。因此，DC-DC 级输出必须足够动态，而电压过冲和下冲必须保持在规定的限值内。可以通过提高开关频率来增加 DC-DC 级输出动态，从而增加控制环路带宽。　　CoolGaN 器件因其卓越的 FoM 和 Si、SiC 和 GaN 器件中最低的开关损耗而轻松满足了更高开关频率的要求。尤其是在软开关 LLC 转换器中，CoolGaN 具有最低的输出电容电荷 (Qoss)，这对于更轻松地实现 ZVS(零电压开关)起着至关重要的作用。随后，这有助于更精确地设置死区时间，从而消除不必要的死区时间传导损耗。　　辅助电源LDO推荐　　辅助电源LDO：为服务器监控芯片、传感器等提供稳定低压供电(如3.3V/5V)，萨瑞微电子的LDO系列具备低静态电流(<1μA)、高PSRR(电源抑制比)与快速瞬态响应，确保核心器件在复杂电源环境下稳定运行。　　负载开关MOS管推荐　　负载开关MOS管：用于电源系统的通断控制与负载隔离，支持大电流(10A-50A)快速切换，内置过流/过热保护，避免浪涌电流对后级电路的冲击，提升系统安全性。　　结论　　与AI算力共成长，定义电源新高度在AI服务器向更高功率、更高效率演进的征程中，电源系统的每一次优化都依赖于器件级的技术突破。萨瑞微电子以“全电压覆盖、全技术兼容、全流程可控”的产品矩阵，为AI服务器电源提供了从输入整流到精准供电的完整解决方案，助力客户在算力竞赛中抢占先机。

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发布时间：2025-04-03 14:50 阅读量：788 继续阅读>>

意法半导体65W <span style='color:red'>GaN</span>变换器为注重成本的应用提供节省空间的电源方案

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意法半导体65W GaN变换器为注重成本的应用提供节省空间的电源方案

　　意法半导体的VIPerGaN65D反激式转换器采用SOIC16封装，可以用于设计体积较小的高性价比电源、适配器和USB-PD(电力输送)快速充电器，最大输出功率可达65W，输入电压为通用电网电压。　　这款准谐振离线变换器集成一个700V GaN(氮化镓)晶体管和优化的栅极驱动器及典型的安全保护功能，降低了利用宽带隙技术提高功率密度和能效的技术门槛。GaN功率晶体管的最高开关频率为240kHz，开关损耗极小，可以搭配使用小体积的反激式变压器和无源元件，以及价格低廉的小电路板。　　VIPerGaN65D采用较传统的SO16n窄体封装，而VIPerGaN系列其他成员则采用5mmx6mm DFN封装。　　该变换器采用零电压开关技术，可以调整谷底同步延迟，确保GaN晶体管导通时间始终是在漏极谐振谷底。该转换器还具有动态消隐时间功能，在输入电压上升时可保持能效，并自适应任何线路和负载条件，以最大限度地提高整体能效。此外，在输入电压范围内，前馈补偿可最大限度地减少输入峰值功率变化。　　VIPerGaN65D的极限电流为3.5A，当设计采用85V至265V的通用输入电压时，变换器最大输出功率可达65W，如果把输入电压提高到185V-265V，最大额定输出功率可达85W。待机功率不到30mW，符合最新国际能效标准的要求。　　VIPerGaN65D可用于设计小巧又便宜的快速充电器和适配器，并可用作洗衣机、洗碗机、咖啡机、电视机、机顶盒、数码相机、便携式音频播放器、无线剃须刀等设备的辅助电源。它还用于台式电脑和服务器、楼宇和家庭自动化设备、电表、家用和建筑照明以及空调的辅助电源。　　VIPerGaN65D集成了一个SENSEFET晶体管(电流检测功率MOSFET)，为优化能效和触发系统安全保护机制提供精确的电流检测功能，最大限度减少物料清单成本。内置安全功能包括过流保护、输出过压保护、输入电压前馈补偿、输入高压/欠压保护、输入过压保护、输出过载保护、输出短路保护和热关断。所有安全保护功能均具有自动重启功能，变换器还采用频率抖动技术抑制EMI干扰。　　参考设计EVLVIPGAN65DF有助于加速基于VIPerGaN65D的电源项目的开发进度。EVLVIPGAN65DF电路板集成变换器芯片、副边同步整流电路和意法半导体的SRK1001自适应控制器，为开发者提供一个24V、65W的电源，并配备完善的安全保护功能，峰值能效大于93%。　　VIPerGaN65D现已上市，采用SOIC16窄体封装，可联系AMEYA360的销售代表垂询。

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意法半导体

发布时间：2025-04-01 09:28 阅读量：583 继续阅读>>

英飞凌Cool<span style='color:red'>GaN</span>™功率晶体管赋能SounDigital放大器，更小尺寸、更高保真

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英飞凌CoolGaN™功率晶体管赋能SounDigital放大器，更小尺寸、更高保真

　　由于市场对于音频设备的紧凑、轻便、高集成度和节能的需求越来越高，领先的音频设备制造商在不断提高音质的同时，也在努力满足这一需求。另外，他们还必须实现无缝连接、保证成本效益，并提供对用户友好的功能，这使得音频产品的开发变得更加复杂。　　为了解决这些难题，SounDigital在其全新1500W D类放大器中集成了英飞凌的CoolGaN™晶体管，支持800kHz开关频率和五个通道，借助英飞凌先进的氮化镓(GaN)技术，将其能效提升了5%，能量损耗降低了60%。　　SounDigital 1500W D类放大器使用英飞凌100V常关断E模式晶体管，包括采用PQFN-3x5封装的IGC033S101和采用PQFN-3x3封装的IGB110S101。这两款晶体管的导通电阻低，适用于要求严苛的大电流应用，能够显著提升SounDigital放大器的音质和效率。基于GaN的放大器在提供高性能的同时，可以减少75W的功率耗散，使散热器体积缩小50%。此外，在不影响性能的前提下，整个系统的体积缩小了40%。CoolGaN™晶体管进一步提高了音频质量，使总谐波失真(THD)降低70%，实现了更加精准、细腻的声音体验，并通过减少40%的待机电流大幅提升了能效。

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发布时间：2025-03-07 15:14 阅读量：754 继续阅读>>

罗姆的Eco<span style='color:red'>GaN</span>™被村田制作所Murata Power Solutions的AI服务器电源采用

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罗姆的EcoGaN™被村田制作所Murata Power Solutions的AI服务器电源采用

　　～650V耐压、TOLL封装的GaN HEMT有助于进一步提高电源效率～全球知名半导体制造商ROHM Co., Ltd.(以下简称“罗姆”)的650V耐压、TOLL封装的EcoGaN™产品GaN HEMT，被先进的日本电子元器件、电池和电源制造商村田制作所Murata Power Solutions的AI(人工智能)服务器电源采用。罗姆的GaN HEMT具有低损耗工作和高速开关性能，助力Murata Power Solutions的AI服务器5.5kW输出电源单元实现小型化和高效率工作。预计该电源单元将于2025年开始量产。　　近年来，随着AI(人工智能)和AR(增强现实)等在IoT领域的发展，数据通信量在全球范围内呈现持续增加趋势。其中，据说使用AI进行一次查询所消耗的电量比普通的网页搜索要高数倍，这就迫切需要为处理这些查询的高速运算设备等供电的AI服务器电源进一步提高效率。另一方面，具有低导通电阻和高速开关特性的GaN器件因其有助于电源的高效率工作和外围元器件(如电源电路中使用的电感器等)的小型化而备受瞩目。　　Murata Power Solutions Technical Fellow Dr. Joe Liu表示：“很高兴通过使用罗姆的GaN HEMT，使我们能够设计出具有更高效率和更高功率密度的AI服务器电源单元。利用GaN HEMT的高速开关工作、低寄生电容以及零反向恢复特性，可将对开关损耗的影响控制到最小，还可提高开关转换器的工作频率并削减磁性元器件的尺寸。罗姆的GaN HEMT在性能方面非常具有竞争力，且可靠性也很高，用在我们的AI服务器5.5kW输出电源单元中，取得了非常好的效果。未来，我们将通过继续与在功率半导体领域优势显著的罗姆合作，努力提高各种电源的效率，为解决电力供需紧张的社会课题贡献力量。”　　罗姆 LSI事业本部 Power Stage产品开发部部长山口雄平表示：“罗姆的EcoGaN™能够被电源领域的全球领导者Murata Power Solutions的AI服务器电源单元采用，深感荣幸。这次采用的GaN HEMT具有行业先进的开关性能，而且使用的是散热性优异的TOLL封装，有助于Murata Power Solutions的电源单元实现更高功率密度和更高效率。另外，在“通过电子产品为社会做贡献”方面，Murata Power Solutions与罗姆的经营愿景一致，我们希望未来也继续与村田制作所合作，双方共同促进电源的小型化和效率提升，并为人们丰富多彩的生活贡献力量。　　关于Murata Power Solutions的AI服务器电源单元　　Murata Power Solutions的AC-DC电源“1U前端”系列包括高功率密度Short Version的M-CRPS封装3.2kW电源“D1U T-W-3200-12-HB4C”(输出12V版)和“D1U T-W-3200-54-HB4C”(输出54V版) ，另外还新增了AI服务器用的5.5kW“D1U67T-W-5500-50-HB4C”等产品。Murata Power Solutions的前端电源的转换效率很高，可以满足80 Plus Titanium和开放计算产品的最严格要求;还支持N+M冗余工作，可提高系统的可靠性，因此也适合为最新的GPU服务器供电。不仅能够为服务器、工作站、存储系统和通信系统提供可靠性高且效率高的电力，而且其低矮的1U尺寸还有助于削减系统面积。　　关于罗姆的EcoGaN™　　EcoGaN™是通过更大程度地发挥GaN的性能，助力应用产品进一步节能和小型化的罗姆GaN器件，该系列产品有助于应用产品进一步降低功耗、实现外围元器件的小型化、减少设计工时和元器件数量等。　　・EcoGaN™是 ROHM Co., Ltd.的商标或注册商标。　　与本文有关的罗姆官网页面　　・关于650V耐压的TOLL封装GaN HEMT(2025年2月发布时的新闻稿)　　https://www.rohm.com.cn/news-detail?news-title=2025-02-13_news_gan&defaultGroupId=false　　・关于罗姆的GaN功率器件(EcoGaN™产品介绍)　　https://www.rohm.com.cn/products/gan-power-devices　　关于村田制作所　　村田制作所是一家全球综合电子元器件制造商，主要从事以陶瓷为基础的电子元器件的开发、生产和销售。致力于通过自主开发并积累的材料开发、流程开发、产品设计、生产技术、以及支持它们的软件和分析、评估等技术基础，村田制作所创造出独具创新的产品，为电子社会的发展做出贡献。　　了解更多信息，请访问村田制作所官网(https://corporate.murata.com/zh-cn/)。　　关于罗姆　　罗姆是成立于1958年的半导体电子元器件制造商。通过铺设到全球的开发与销售网络，为汽车和工业设备市场以及消费电子、通信等众多市场提供高品质和高可靠性的IC、分立半导体和电子元器件产品。　　在罗姆自身擅长的功率电子领域和模拟领域，罗姆的优势是提供包括碳化硅功率元器件及充分地发挥其性能的驱动IC、以及晶体管、二极管、电阻器等外围元器件在内的系统整体的优化解决方案。　　了解更多信息，请访问罗姆官网(https://www.rohm.com.cn/)。

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罗姆

发布时间：2025-02-26 09:24 阅读量：745 继续阅读>>

型号	品牌	询价
RB751G-40T2R	ROHM Semiconductor
TL431ACLPR	Texas Instruments
CDZVT2R20B	ROHM Semiconductor
BD71847AMWV-E2	ROHM Semiconductor
MC33074DR2G	onsemi

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BP3621	ROHM Semiconductor
IPZ40N04S5L4R8ATMA1	Infineon Technologies
TPS63050YFFR	Texas Instruments
ESR03EZPJ151	ROHM Semiconductor
BU33JA2MNVX-CTL	ROHM Semiconductor
STM32F429IGT6	STMicroelectronics

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