5G基地台電源方案 仰賴新材料及新技術

羅姆半導體台灣技術中心資深工程師丁宇佑。

全球各國5G陸續開台，相較於前面世代的通訊標準，5G的網速傳輸速度更快，且延遲更低、連結更廣，5G帶來的不僅是更強大的行動通訊功能，更將促成智慧城市各項應用。5G好處很多，然而基地台的電源方案需要有新作法，氮化鎵(GaN)被寄予厚望。

5G的核心組網和4G完全不同，因此需要重建或新建5G基地台，在此過程中，改變的不僅僅是天線、BBU設備和RRU設備，電源換新也是很重要的一步。一般認為，氮化鎵元件具有高頻、高功率、寬頻寬、低導通等特性，且對電磁輻射敏感度較低，可在高溫、高電壓環境下運作，為理想的微波頻率功率放大元件，應用包括變頻器、變壓器與無線充電。

在600~1,000伏特的電壓區間，GaN在電源管理、發電和功率輸出方面具有明顯優勢。在中低壓設計上，體積小、低發熱、高瓦數的特性，讓氮化鎵GaN也適合應用在5G系統電源設計上。隨著5G對電源高密度的需求，氮化鎵材料的電源產品可更為輕薄、高效率，這正可以滿足5G基地站小型化需求。氮化鎵應用前景受到看好，市場研究公司Yole預估，2024年氮化鎵電源市場產值將超過3.5億美元，約新台幣105億元。

氮化鎵元件，有助基地台小型化

ROHM在通訊與類比IC兩大領域深耕多年，對於5G基地台的電源需求早有解決方案。羅姆半導體台灣技術中心資深工程師丁宇佑說明，採用氮化鎵驅動器(GaN Driver)的電源解決方案，將有助於基地台的小型化。比較氮化鎵和矽基元件在高電壓功率元件的應用上，後者由於切換損過大，因此會造成電能大量損耗，相較於此，氮化鎵切換損遠小於矽基材料，切換損失降低，因此擁有高頻、高壓特性，更有助於能源轉換效率佳的氮化鎵，成為5G基地站電源的適用材料。

具體而言，以GaN材料製作的功率元件，可以大幅拉高切換速度，進而讓電源工程師能在電源設備中採用體積更小的電容、磁性元件等，功率密度提高的同時，還能降低損耗，因此，ROHM認為氮化鎵為5G基地台放大器的首選。

Nano Cap技術，減少電容用量

此外，ROHM推出的「Nano Cap」電源技術，則能大幅降低電源電路的電容容量。近年來，隨著節能意識不斷提高，各種應用的電子化加速發展，使電子元件的使用數量逐年增加。另一方面，為使電子電路更加穩定而使用的電容，數量大幅攀升，因此希望能減少電容數量的需求日益明顯。

Nano Cap融合了ROHM的電路設計、電路佈線、製程等三大類比技術的優勢，可以減少電容的使用，以線性穩壓器為例，輸出端不再需要電容，僅用一顆100nF的電容即可穩定運作，因此可大幅減輕電路設計負擔。無電容的「Nano Cap」技術可廣泛用於其他類比IC元件，有助減少5G基地站電源方案的電容用量並降低設計複雜度。