5G基站电源方案 仰赖新材料及新技术

罗姆半导体台湾技术中心资深工程师丁宇佑。

全球各国5G陆续开台，相较于前面时代的通讯标准，5G的网速传输速度更快，且延迟更低、连结更广，5G带来的不仅是更强大的移动通讯功能，更将促成智能城市各项应用。5G好处很多，然而基站的电源方案需要有新作法，氮化镓(GaN)被寄予厚望。

5G的核心组网和4G完全不同，因此需要重建或新建5G基站，在此过程中，改变的不仅仅是天线、BBU设备和RRU设备，电源换新也是很重要的一步。一般认为，氮化镓元件具有高频、高功率、宽带宽、低导通等特性，且对电磁辐射敏感度较低，可在高温、高电压环境下运作，为理想的微波频率功率放大元件，应用包括变频器、变压器与无线充电。

在600~1,000伏特的电压区间，GaN在电源管理、发电和功率输出方面具有明显优势。在中低压设计上，体积小、低发热、高瓦数的特性，让氮化镓GaN也适合应用在5G系统电源设计上。随着5G对电源高密度的需求，氮化镓材料的电源产品可更为轻薄、高效率，这正可以满足5G基地站小型化需求。氮化镓应用前景受到看好，市场研究公司Yole预估，2024年氮化镓电源市场产值将超过3.5亿美元，约新台币105亿元。

氮化镓元件，有助基站小型化

ROHM在通讯与模拟IC两大领域深耕多年，对于5G基站的电源需求早有解决方案。罗姆半导体台湾技术中心资深工程师丁宇佑说明，采用氮化镓驱动器(GaN Driver)的电源解决方案，将有助于基站的小型化。比较氮化镓和矽基元件在高电压功率元件的应用上，后者由于切换损过大，因此会造成电能大量损耗，相较于此，氮化镓切换损远小于矽基材料，切换损失降低，因此拥有高频、高压特性，更有助于能源转换效率佳的氮化镓，成为5G基地站电源的适用材料。

具体而言，以GaN材料制作的功率元件，可以大幅拉高切换速度，进而让电源工程师能在电源设备中采用体积更小的电容、磁性元件等，功率密度提高的同时，还能降低损耗，因此，ROHM认为氮化镓为5G基站放大器的首选。

Nano Cap技术，减少电容用量

此外，ROHM推出的「Nano Cap」电源技术，则能大幅降低电源电路的电容容量。近年来，随着节能意识不断提高，各种应用的电子化加速发展，使电子元件的使用数量逐年增加。另一方面，为使电子电路更加稳定而使用的电容，数量大幅攀升，因此希望能减少电容数量的需求日益明显。

Nano Cap融合了ROHM的电路设计、电路布线、制程等三大类比技术的优势，可以减少电容的使用，以线性稳压器为例，输出端不再需要电容，仅用一颗100nF的电容即可稳定运作，因此可大幅减轻电路设计负担。无电容的「Nano Cap」技术可广泛用于其他模拟IC元件，有助减少5G基地站电源方案的电容用量并降低设计复杂度。