栅极驱动器正在向更先进的电流隔离技术转移，以满足性能和安全要求，到2027年，其市场价值将达27亿美元。栅极驱动器正在进入集成电路、智能功率模块（IPM）和即插即用栅极驱动器板市场，从MOSFET和IGBT走向新的功率半导体材料器件，如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。这是Yole Développement（Yole）《功率栅极驱动器2022》透露的信息。

栅极驱动器是将控制器的低功率输入放大以控制（驱动）晶体管的一种电子元件。栅极驱动（或等效）电路设计必须提供足够的驱动电流，才能实现器件可达到的全开关速度；没有足够动力快速开关的驱动器可能因过热而损坏。有人将栅极驱动器视为低压、低电流与高压、高电流之间的接口，听起来既棘手又危险，但这是对的，这正是需要隔离的理由。

栅极驱动器市场由节能降耗驱动

大多数功率电子应用都是由与主要气候变化协议相关的法规推动的，应用包括绿色能源生产和高效配送、车辆电气化和制造业节能减排。栅极驱动器是这些行业运行功率转换器时必不可少的器件。

2021年，栅极驱动器市场价值17.3亿美元，到2026年复合年增长率为7.9%，2027年将达到27亿美元，期间增长率最高的应用将是占32%的电动汽车（xEV）；最突出的应用是电机驱动，2021年市场份额约为66%。

根据不同应用对栅极驱动器的需求预测，电机驱动排名第一，以下依次是家用电器、充电基础设施、电信、UPS、汽车、xEV、光伏等。

欧美日企业垄断市场

栅极驱动器制造商遍布全球，主要是欧洲、美国和日本厂商垄断，不同公司可以根据需求、目标应用和产品数量采用不同的业务模型。全球栅极驱动器市场的主要参与者包括安森美、瑞萨电子、意法半导体、Semtech、东芝、ROHM、NXP、德州仪器、英飞凌科技、三菱电机等。这些领先企业正在通过并购、区域扩展和协作等战略提高市场渗透率，将业务扩展到新的细分市场，不断用新产品扩大其产品组合并确保供应链安全。

由于大部分功率器件是在中国市场销售，栅极驱动器紧随其后，中国也是国际领先厂商的主导市场。近年来，随着中国电动汽车市场的快速增长，本地公司，如金升阳、纳芯微电子，正力图为自己开辟一个利基市场，不过车规器件有一定难度，同时也引起了市场领导者的关注。总的感觉是国内厂商产品种类很少，要么只有IGBT驱动器、IGBT驱动电源和SiC/GaN驱动电源模块，要么只有基于电容隔离技术的隔离半桥驱动器和隔离单管驱动器；或者以提供功率器件和模块为主，并不提供单独的栅极驱动器。

再来看看另一家市场研究公司MarketsandMarkets Research的观点，2021年亚太地区的数字隔离器（下面会讲到）市场份额最大，预计将以最高的增长率增长，因为该地区电气设备制造商很多，数字隔离器广泛应用于该地区的栅极驱动器和ADC转换器。中国是亚太地区数字隔离器市场增长的主要贡献者，中国、韩国和日本的许多电动汽车制造商对零排放汽车的电气化有前瞻性看法；预计到2030年该地区的数字隔离器市场将大幅增长。

该公司认为，栅极驱动IC市场正迅速普及，将在混合动力汽车、飞机、测井、地热发电等高温环境的功率电子电路中起到重要控制作用。SiC或GaN功率器件需要栅极驱动器将其与逻辑单元连接起来，而靠近电源开关的栅极驱动器对最小化系统复杂性表现最佳。

《2022年汽车栅极驱动器市场展望》报告断言，随着各国终端用户垂直市场需求复苏，汽车栅极驱动器的供应量将进一步增加。

市场需求分类

传统栅极驱动器通常需要较大的系统面积和额外组件，如笨重的变压器或滤波器、单独的PCB和连接器，以实现EMC合规性并满足安规要求。而采用新技术工艺的隔离栅极驱动器封装尺寸小，集成了隔离电源和相关无源元件，降低了系统设计复杂性和对额外设计资源的需求，特别是有助于设计人员充分利用WBG（宽禁带）开关的小型化和效率优势。

Yole认为，从市场需求看，栅极驱动器市场主要是电平移位栅极驱动器主导，其次是非隔离栅极驱动器；需要更好的隔离时，光耦是一个可用的传统选择。不过，随着更高的性能和效率要求，磁耦和电容隔离正在获得市场份额。大多数制造商的产品组合中都有这样那样的技术。而WBG器件的栅极驱动器既需要更好的功能，又有额外的安全要求。未来，磁耦和电容隔离栅驱动器制造商的机会更大。

 Yole表示，由于全球新兴xEV市场的容量正在大幅增加，从成本角度看，栅极驱动器仍然是一个更有效的解决方案。安装在主板或微控制器（MCU）旁边的牵引逆变器，首选使用栅极驱动器IC，而不是栅极驱动器板。

栅极驱动器的适用性取决于芯片内部的安全功能、芯片（模块）内部的控制单元，以及电源装置是否在芯片内。而栅极驱动板上的控制单元、电源、控制装置是与模块分开的。

供应链整合为哪般？

事实上，栅极驱动器行业的并购已在悄然进行。3月28日，上海贝岭发布公告称，拟以自有资金收购深圳矽塔科技100%股权，交易总价3.6亿元。矽塔科技是一家专注于电机驱动、电机控制芯片的模拟数字混合IC设计公司，主要产品有电机驱动芯片、栅极驱动芯片、霍尔传感器芯片等。其栅极驱动芯片和电源类产品具有较好的业务协同效应，可完善上海贝岭消费类AC-DC高功率密度应用，实现从控制器到半桥/全桥的芯片国产化。

5月底，美国Allegro斥资1.3亿美元收购法国隔离栅极驱动器供应商Heyday，后者专注于开发紧凑、全集成隔离栅极驱动器，特别是可在高压GaN和SiC半导体设计中实现能量转换。收购除补充Allegro现有电流传感器能效解决方案，还将显著扩大其在电动汽车、太阳能逆变器、数据中心和5G电源及广泛的工业应用市场。

Allegro技术和产品高级副总裁Michael Doogue表示：“凭借我们市场领先的集成电流传感器和Heyday的专利Power-ThruTM技术，我们的客户能够构建当前可用的一些最小的高压和高效电力系统。”

Heyday开发的“革命性专利技术Power-Thru的SiC器件栅极驱动器”在2020年11月获得了欧洲创新委员会的融资。其优势是使用单个小尺寸封装，集成隔离栅极驱动器、隔离电源和相关无源元件，减少系统设计时间和复杂性。

为什么磁隔离是主流？

常见的电流隔离技术有三种：光耦隔离、磁隔离（变压器）和电容隔离。光耦隔离电压比较高，具有对外部电子或磁场的抗扰性，恒定信息传输能力好，不足是速度限制、功耗和老化。

磁隔离的优点是速度高，可以给隔离端供电，但传统变压器体积较大。近年来，采用芯片级变压器的磁隔离崭露头角，如ADI开发的专利隔离技术iCoupler® 采用芯片尺寸变压器，在功耗、体积、集成度、速度等各方面都优于光耦，寿命与其他CMOS器件相同。iCoupler® 是数字隔离IC加µModule BGA的数字隔离技术，单片变压器可在不牺牲共模瞬变抗扰度（CMTI）的情况下实现超低传播延迟。

 容耦采用高频信号调制解调以电场形式将输入信号通过电容隔离后传输出去，信号跟随特性好，抗EMI干扰能力也很好；与光耦相比，其传输时延短，器件一致性好，寿命长。容耦的不足在于低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，且在IC中集成大容量电容很困难。

Heyday的栅极驱动器采用高效调制解调、抗磁性寄生、智能能源管理、高效磁芯复位等技术，以惊人的效率和速度将能量和信息引导到微小的磁边界上。另外就是简洁的封装设计，第一批三款产品均采用著名的LGA封装。其开发三款产品就被收购的确并不多见。

目前，Heyday已经与英诺赛科、GaN Systems等领先的氮化镓功率器件企业达成合作。所实现的氮化镓驱动方案优化了布局，不需要自举电路或浮动电源电路即可提供隔离功能，具有体积和成本效益。

多年来，人们一直认为磁隔离是传递能量的有效方式。但是，通过一个足够小的磁性元件来有效地获取所需的驱动能量和信息，以适应半导体大小的封装的确难度很大。Heyday用单路径隔离边界将驱动信息和驱动能量从低压控制电路传输到高压系统开关电路，不仅承载栅极驱动信号信息，还承载驱动外部FET开关所需的所有驱动功率。系统设计者现在可以像低侧FET一样轻松地隔离驱动高侧FET。另一个好处是产品封装更简单，体积更小，具有高效的电气和物理性能。

另一个采用磁耦合技术的范例是PI基于PowiGaN技术开发系列产品，Power Integrations（PI）专有的高速FluxLink磁耦合技术可以取代传统光耦和隔离变压器检测绕组，实现±3%的高精度输入电压和负载综合调整率，具有高集成、高效率、高可靠性和超长使用寿命。该产品一经推出，便获得了客户的一致好评，至今已基于PowiGaN的InnoSwitch3开关电源IC出货量已超过500万片，成为市场上率先大批量成功使用的高压GaN技术。PowiGaN系列产品不仅在手机快充领域获得了成功，也已开始进入400V和800V母线电压的电动汽车应用，既可以提高效率，又能减轻汽车的重量延长续航里程。

是一招鲜，还是吃遍天？

如果上海贝岭的并购是为了实现产品配套，那Allegro的并购就是为了技术升级，而PI更是通过自研在其5个系列产品中使用了同一个FluxLink磁耦合隔离技术。分析一下，应该是栅极驱动技术面临的挑战使然。驱动FET（包括MOSFET）有几个关键挑战，无论是GaN、MOS还是SiC开关器件都是如此。

首先是复杂性，简单的方法往往是最好的解决方案，使栅极驱动简单是一个关键优势，也是最大的挑战。在设计栅极驱动器时，繁琐的附加组件、隔离电源和管理所有这些器件都很困难。减少组件数量才能降低复杂性。

其次是共模瞬变抗扰度（CMTI），不言而喻，近年来上述所有开关类型都在提高转换速度。因此，如果无法满足栅极驱动器的共模瞬态抗扰度要求，将意味着FET栅极的意外转换和系统潜在的灾难性事件。

第三是传播时间，为任何器件的栅极传输可靠的栅极驱动信号和能量是栅极驱动器的第一要务，而以较低的传播时间将其从系统控制器传输到FET栅极才是关键。低传播时间有助于在功率FET的开启和关闭周期之间进行更紧密、更容易的“死区”管理，有助于设计者提高系统效率。

第四是EMI，它是系统设计最后要考虑的事情，同样会使完成设计变得困难和耗时。减少栅极驱动设计中的周围组件和电路有助于显著减少系统EMI挑战，因为共模电容（Ccm）较低，就可以减少循环电流，易于处理系统EMI问题。

Heyday用Power-Thru™ 隔离技术解决了这些问题，形成了一条适合最具挑战性设计和应用的隔离栅极驱动器产品线。

 值得一提的是，磁隔离可以在低成本条件下实现多通道及其他功能的集成。因此，像英飞凌这样的大厂也是对其情有独钟，其EiceDRIVER™ 栅极驱动器就有500多种，基本覆盖了各种应用。其中隔离型驱动芯片采用磁耦合无铁芯变压器（CT）技术来保证电气隔离时的信号传输，适用于MOSFET、IGBT、IGBT模块、SiC MOSFET和GaN HEMT。

基于功率器件和应用的种类，EiceDRIVER™ 隔离栅极驱动器提供短路保护、精确的输入滤波器、100 kV/μs共模瞬变抗扰度、有源米勒钳位、退饱和（DESAT）保护、较宽输出侧电源范围、负栅极电压能力、软关断、两电平关断和强大的耐用性；也可提供高达10A的强大栅极驱动电流，实现出色的电源开关效率。这种“吃遍天”的优势只有几家头部企业才具备。

 WBG栅极驱动器将引领市场

未来十年，功率电子主要驱动力主要来自以下方面：自动驾驶、从产品到服务、电气化（电池化）、智能解决方案、柔性模块化系统、互连全球解决方案、自动化与绿色制造、清洁能源和提高效率。

相比硅器件，SiC MOSFET和GaN HEMT优势明显，但是也对栅极驱动器提出了更严格的要求，尤其是新能源汽车应用方案，可靠性更为关键。因此，WBG器件和模块的普及需要开发更多驱动芯片，特别是具有特定安全和性能要求的更完整的解决方案。

赛道就在眼前，而赢家必须是有备而来！