前言

氮化鎵快充市場(chǎng)的持續(xù)升溫，讓眾多產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)看到了機(jī)遇,，紛紛布局,。在氮化鎵技術(shù)的助推下，“高功率,、高效率,、高密度”已經(jīng)成為快充領(lǐng)域的高頻詞匯,，但并不是所有應(yīng)用了氮化鎵技術(shù)的產(chǎn)品都能實(shí)現(xiàn)上述要點(diǎn),。

如何讓基于氮化鎵技術(shù)做出更小體積、更高效率,、更高功率密度電源的產(chǎn)品,？充電頭網(wǎng)在此前發(fā)布的《氮化鎵快充十大發(fā)展趨勢(shì)前瞻！》文章中,，介紹了合封氮化鎵芯片的趨勢(shì),。

合封氮化鎵芯片的優(yōu)勢(shì)在于,，將大部分主要的功能和控制電路集成在一顆芯片內(nèi),，從而得到精簡的外圍電路。外圍元器件的數(shù)量減少,，降低了對(duì)PCB板面積的要求,，在小型化電源產(chǎn)品開發(fā)中，無需借助多塊小塊PCB板,，一塊主PCB板就能完成所有元器件的布局,，搭配平面變壓器，輕松實(shí)現(xiàn)超薄“餅干”充電器的設(shè)計(jì),。除此之外,，合封氮化鎵芯片較分立器件的氮化鎵方案來說，系統(tǒng)成本方面也更具有優(yōu)勢(shì),。

目前市面上合封氮化鎵芯片主要可分為四種類型：控制器+驅(qū)動(dòng)器+GaN、驅(qū)動(dòng)器+GaN、驅(qū)動(dòng)器+2*GaN,、驅(qū)動(dòng)器+保護(hù)+GaN,。近日，PI,、東科,、艾科微、英飛凌四大廠商在合封氮化鎵芯片方面紛紛給出了自己的解決方案,。

PI：走集成化路線,，實(shí)現(xiàn)器件和效率最優(yōu)化

PI全稱Power Integrations，是一家老牌的電源芯片公司,，并且一直致力于小功率AC-DC電源芯片領(lǐng)域,，其產(chǎn)品思路就是走集成化路線。在剛剛結(jié)束的「2021（春季）USB PD&Type-C亞洲展」上,，PI AC-DC產(chǎn)品線現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師 符再興介紹了他們解決方案：InnoSwitch3和MinE-CAP,。

符再興表示，目前快充充電器實(shí)現(xiàn)小型化的最大痛點(diǎn)就是效率,，但反激開關(guān)電源技術(shù)已經(jīng)發(fā)展多年,，想要進(jìn)一步大幅提升效率非常難。如果需要極致提升效率,，則需要不斷的優(yōu)化電路設(shè)計(jì),，精確控制每一個(gè)參數(shù)，確保每一個(gè)器件都達(dá)到最佳的性能,。這也是PI InnoSwitch3系列芯片的優(yōu)勢(shì)所在,，其內(nèi)置的SenseFET無損檢測(cè)電路，相比傳統(tǒng)分立器件的原邊檢測(cè)能夠降低一些損耗,，對(duì)提升效率很有幫助,。

同時(shí),，PI InnoSwitch3芯片還集成了FluxLink技術(shù),，這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)原邊和副邊的實(shí)時(shí)通信，通過次級(jí)控制器控制原邊的開關(guān) ,，從而最大程度地實(shí)現(xiàn)同步整流MOS導(dǎo)通時(shí)間,，實(shí)現(xiàn)最佳效率。

并且得益于集成化的設(shè)計(jì),，在同功率輸出的情況下,，使用InnoSwitch3系列開發(fā)的產(chǎn)品較常規(guī)方案將節(jié)省十幾顆外圍器件，這也是充電器實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)的前提條件,。

氮化鎵在近幾年成為了快充市場(chǎng)的寵兒,，PI也推出了他們的解決方案PowiGaN系列；得益于PowiGaN開關(guān)擁有更低的RDS(ON)和開關(guān)損耗,，可實(shí)現(xiàn)效率提升,，并且PowiGaN在設(shè)計(jì)時(shí)就對(duì)氮化鎵的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了優(yōu)化，所以電源工程師在產(chǎn)品開發(fā)時(shí)無需擔(dān)心驅(qū)動(dòng)難調(diào),、EMI難調(diào),、電路布局不好處理等問題。

符再興繼續(xù)說到,，采用氮化鎵技術(shù)并不是實(shí)現(xiàn)充電小體積的唯一方式，因?yàn)楫?dāng)充電器工作頻率很低時(shí),，適當(dāng)提升開關(guān)頻率,，變壓器的體積會(huì)得到大幅減小，但如果繼續(xù)提高工作頻率,，變壓器的體積變化就并不會(huì)特別明顯了,。

所以除了PowiGaN主控芯片之外，PI還推出了MinE-CAP系列解決方案,。這也是最新推出的PowiGaN IC,，通過高耐壓電容和低耐電容的搭配使用，可以將原有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中大電容的尺寸減小50％左右,，為超小型電源設(shè)計(jì)帶來了全新的方法,。

東科：合封GaN芯片加速氮化鎵快充普及

東科半導(dǎo)體無錫有限公司副總經(jīng)理 孫經(jīng)緯介紹到，行業(yè)正處于一個(gè)氮化鎵的風(fēng)口,，最近幾個(gè)月發(fā)展迅猛，不過目前氮化鎵的主流應(yīng)用還是在消費(fèi)類電子領(lǐng)域,，氮化鎵在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用剛起步,，工業(yè)應(yīng)用等更大的市場(chǎng)領(lǐng)域還有待發(fā)掘,。

安徽省東科半導(dǎo)體有限公司于2009年成立，主要從事開關(guān)電源芯片、同步整流芯片,、BUCK電路電源芯片等產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,，并擁有DIP-8,、SOP-8、SM-7,、SM-10,、TO-220等多種產(chǎn)品封裝能力。東科從一開始的AC-DC合封三極管方案,，到后來的合封同步整流的方案,，目前已經(jīng)推出了眾多經(jīng)典的合封產(chǎn)品。

在氮化鎵快充市場(chǎng)的風(fēng)口,，東科也利用自身在合封芯片領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn),，推出了6款合封氮化鎵功率器件的快充電源管理方案，產(chǎn)品覆蓋12W,、25W,、36W、45W和65W眾多功率段,。

借助氮化鎵的高效率優(yōu)勢(shì),，東科已經(jīng)在ESOP8封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)了45W功率的輸出，在QFN5*6封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)了65W功率的輸出,，并且芯片的頻率可達(dá)到200kHz,，再一次打破了行業(yè)記錄，為高密度電源設(shè)計(jì)提供芯片級(jí)解決方案,。

在成本、調(diào)試難度,、產(chǎn)品可靠性等因素的影響下,，QR成為當(dāng)前氮化鎵快充市場(chǎng)主流的方案，東科目前推出的合封氮化鎵芯片也主要以QR架構(gòu)為主,。據(jù)介紹,，基于東科合封氮化鎵芯片開發(fā)的方案，相比市面上同功率的ACF架構(gòu)方案外圍元器件可以節(jié)省50%以上,。

此外，東科也基于QFN8*8封裝開發(fā)的一款基于AFC架構(gòu)的合封氮化鎵功率芯片將于幾個(gè)月后面世,，其工作頻率可達(dá)到500kHz,。東科之所以突出12W、25W小功率的合封氮化鎵芯片,，主要是對(duì)產(chǎn)品成為進(jìn)行了嚴(yán)格考量,。相比傳統(tǒng)的硅功率器件，東科小功率合封氮化鎵主控芯片在標(biāo)準(zhǔn)的電源適配器市場(chǎng)中仍然十分具有競(jìng)爭力,。

艾科微：DFN6x6封裝集成控制+驅(qū)動(dòng)+氮化鎵

艾科微電子資深產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)經(jīng)理 郭建亨認(rèn)為,，對(duì)于快充而言，僅僅只做芯片是不夠的,，因?yàn)樾酒罱K需要驅(qū)動(dòng)的是功率器件,，所以艾科微是在功率器件的基礎(chǔ)上做芯片，目前在功率器件和控制芯片兩個(gè)領(lǐng)域都有布局,。

針對(duì)氮化鎵快充市場(chǎng),，艾科微推出了高集成高壓原邊控制芯片，其集成控制器,、驅(qū)動(dòng)器和氮化鎵功率管,，外圍器件少設(shè)計(jì)簡單，相對(duì)于傳統(tǒng)方案設(shè)計(jì)而言,，可減少50%空間,。芯片采用DFN6x6封裝，支持130KHz操作頻率,，同時(shí)減少封裝寄生效應(yīng),。

郭建亨介紹到,，基于該芯片設(shè)計(jì)的DEMO功率密度可達(dá)1.6W/cm3,，并可以支持筆電65W PD快充，充分展現(xiàn)了合封芯片實(shí)現(xiàn)充電器的小型化優(yōu)勢(shì),。

艾科微電子專注于高功率密度整體方案開發(fā)，并以解決高功率密度電源系統(tǒng)帶來的痛點(diǎn)與瓶頸為使命,，核心團(tuán)隊(duì)具備超過 20 年專業(yè)經(jīng)驗(yàn)于功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),，通過不斷的創(chuàng)新及前瞻的系統(tǒng)架構(gòu)并深入結(jié)合功率器件及高效能封裝，來實(shí)現(xiàn)高品質(zhì),、高效能與純凈的電源系統(tǒng),，以滿足市場(chǎng)對(duì)未來的需求。

英飛凌：針對(duì)高密度快充推出合封驅(qū)動(dòng)器的GaN芯片

英飛凌在氮化鎵功率器件領(lǐng)域已經(jīng)深耕多年,，已經(jīng)推出了多顆氮化鎵功率器件,。為了應(yīng)對(duì)小功率的PD快充電源市場(chǎng)，英飛凌推出了集成式的氮化鎵功率芯片,，將驅(qū)動(dòng)和GaN集成在一起,，并且在封裝方面做出了很多改善。

英飛凌全球低功率電源全球市場(chǎng)總監(jiān) 胡鳳平認(rèn)為，氮化鎵與傳統(tǒng)硅功率器件相比,，最大的優(yōu)勢(shì)在于高頻,，但是高頻下極易出現(xiàn)串?dāng)_，特別是在多個(gè)管并聯(lián)的情況下,，如：半橋,。英飛凌氮化鎵功率芯片通過特殊的封裝方式，可以將串?dāng)_降到最低,，實(shí)現(xiàn)最佳性能,。

與此同時(shí)，英飛凌還推出了擁有更高集成度的半橋產(chǎn)品,，內(nèi)置兩顆140mΩ導(dǎo)阻氮化鎵開關(guān)管,，可提供數(shù)字PWM信號(hào)輸入。通過合封了驅(qū)動(dòng)器和兩顆氮化鎵功率器件,，讓外圍電路變得更加精簡,，在產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用過程中減少PCB占板面積，實(shí)現(xiàn)快充電源產(chǎn)品的小型化,。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

氮化鎵技術(shù)在消費(fèi)類電源領(lǐng)域的大規(guī)模商用,，帶來了電源配件產(chǎn)品功率密度的一次大提升。借助GaN功率器件高頻,、高效的特性,，體積小巧、更加便攜的高密度快充逐漸取代了傳統(tǒng)的傳統(tǒng)板磚式電源適配器,，用戶使用體驗(yàn)得到大幅改善,。

在氮化鎵技術(shù)商用大范圍商用的過程，產(chǎn)品技術(shù)也在不斷升級(jí)迭代,。為了實(shí)現(xiàn)更高功率密度,，氮化鎵快充領(lǐng)域除了傳統(tǒng)的單管之外，產(chǎn)品的封裝形式也呈現(xiàn)了多樣化的發(fā)展,。充電頭網(wǎng)從本次USB PD&Type-C亞洲展上了解到的信息顯示,，合封的氮化鎵功率芯片將成為未來市場(chǎng)主要的發(fā)展方向。

隨著氮化鎵功率器件的大規(guī)模量產(chǎn)商用,，其成本正在逐年下降,。合封氮化鎵功率芯片的出現(xiàn)，不僅有助于實(shí)現(xiàn)快充電源的高密度,，在降低產(chǎn)品的系統(tǒng)成本方面更隱藏著巨大優(yōu)勢(shì),。

未來氮化鎵快充市場(chǎng)將出現(xiàn)哪些新產(chǎn)品，我們拭目以待,！