PI线上分享会《电力电子步入氮化镓时代》PPT下载
2020年，氮化镓商用进入快车道，尤其是随着数码产品大功率快充以及5G时代的到来，氮化镓技术在消费类电源领域的发展如鱼得水，市场容量增长极为迅速。2020年电力电子已步入氮化镓时代，随着氮化镓技术的成熟和PD快充的普及，二者的结合是未来的趋势所在。
6月20日，充电头网联手PI公司开展了一场线上直播分享活动，PI的技术专家为大家逐一介绍了PI旗下的5个InnoSwitch3 PowiGaN系列产品，从芯片的基本工作原理，到各个系列独有的性能，对PI的氮化镓芯片家族进行了一个深入解读。
以下是本次线上直播的视频回顾：
本次PPT下载链接: https://pan.baidu.com/s/1123gNnT5JhNpEen3r66hnw （提取码: 469d）
与此同时，在本次直播活动当中，许多直播间观众在观看之余也提出了许多疑问，针对这些问题，PI官方给出了自己的详细解答，以下是解疑区：
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问题 1、与硅开关相比，氮化镓开关的性能提升主要是什么？
答：氮化镓开关的优势主要体现在低开关损耗、导通损耗，利于高频工作。相同晶圆尺寸的情况下其输出电容和导通电阻更小。但其开关速度快的特性也对驱动和保护提出了更大的挑战。
问题 2、PowiGaN能否耐受传统硅MOSFET的击穿电压？
答：PI 的PowiGaN的耐受电压达750 V，只要是不连续的施加，其器件特性就不会受影响。传统的硅开关对于过压的情况非常敏感，很容易因过压原因损坏掉。GaN开关的一个特性就是当耐压增高时其导通电阻会相应的增加，只要不是连续施加高压，其导通电阻特性会自行恢复。从这个角度来看，GaN开关可以耐受传统硅MOSFET的击穿电压。
问题3、为何PowiGaN可以在反激设计中达到最高的效率?
答：这得益于PI将PowiGaN集成于InnoSwitch3产品系列当中。对于不同大小的PowiGaN开关在内部驱动上进行了优化，同时兼顾了开关的一些保护特性。使得设计工程师不用考虑周边电路走线的分布参数及其他元件的公差对开关特性产生的影响。再者，InnoSwitch3的控制方式及FluxLink的使用也大大优化了整个电源中功率开关的开关时序，实现效率最大化。
问题4、PowiGaN开关对输入浪涌的可靠性如何?
答：PI的PowiGaN开关具有750 V的耐压，这在市场上属于耐压较高的开关器件，可以非常好的适应输入浪涌的冲击，提高设计的降额裕量。传统上，分立方案的反激电路的功率开关一般耐压在650 V即可。PI额外的耐压裕量可大大增加输入浪涌期间的可靠性。
问题5、我是一名设计过PowiGaN开关电源的工程师，请问PI的专家。什么时候可以推出高频GaN开关芯片方案。小米凭借纳微的高频GaN方案，已经把产品大幅度小型化了。给我们公司带来了很大的竞争压力。
答：电源的小型化设计不只是依赖于开关频率。当频率增加时变压器的体积，所需电容的容量均可以缩小，但随着频率的增加不可避免的会带来EMI的问题。再者，尽管GaN开关适合于高频工作，其低开关损耗、低导通损耗的特性对于高频工作更加适应，但随着开关频率的增加，其开关损耗同样会影响封装的散热能力。这也是为什么市场上有些采用AFC的原因，提高了开关频率，但为了降低电压的发热，不得不采用AFC提高效率。这样做不但增加了成本，也增加了元件数目，对于电源的可靠性产生影响。这也是某些厂商不会致力于高频设计的原因。可以理解您在市场上看到更小型化产品时所面临的压力，但请注意，当元件数目多，且采用多个PCB板组合安装以达到小体积设计时，其生产成本也是十分昂贵的。就PI方案来讲，我们目前在用 InnoSwitch3的产品只要精心设计，同样在整体成本及外形尺寸方面具有优势。
问题6、什么时候才能更新大功率的GaN控制器产品线，现阶段flyback方案的PI开关电源产品最大功率就是最大177W的TOP系列，而TOP系列既没有QR准谐振调制。什么时候GaN产品能往大功率器件冲击一下。
答：GaN开关的主要特点是提升效率，增加电源的功率密度。以目前PI的GaN产品来讲，可以满足PD应用的100 W应用需求。对于更大功率的应用往往在前级有PFC线路，其稳定的380 V高压输出可以帮助后级的InnoSwitch输出更大的功率。我们曾经在LED照明应用当中采用GaN方案达到120 W的输出功率。对于更高功率的应用，如果需要更高的效率，PFC+LLC拓扑是更好的选择。反激电源适用的功率范围往往在150 W以内比较有优势。
问题7、PI有在布局USB PD快充协议芯片或者DC-DC芯片吗？
答：目前PI还是以AC-DC应用作为产品的主要研发方向。
问题8、有媒体报道，去年PI的氮化镓芯片出货超过了100万颗，目前PI的氮化镓芯片的市场占有率怎么样？
答：PI采用氮化镓开关与驱动控制集成的解决方案。大大简化了氮化镓开关电源的设计难度。同时也增加了整体电源的可靠性。目前PI的GaN开关产品的发货量已经达到了600 万片。应该讲是发货量最多的氮化镓产品供应商。
问题9、PowiGaN内置的氮化镓功率管的开关频率一般为多少？
答：PowiGaN内置于PI的InnoSwitch3产品系列当中，其最大工作频率可达100 kHz。为了兼顾整个负载范围内的效率，一般设计在85 kHz左右，这样可以兼顾输入电压和负载范围，达到一致的高效率。
问题10、目前市面上的氮化镓芯片原厂有不少，相比于友商，PI的最大优势是什么？
答：PI的氮化镓方案可以归结为简单易用、高可靠性、产品一致性好。整体方案中元件数目最少。这对于电源小型化的设计及优化生产成本有极大的帮助。
问题11、PowiGaN芯片在应用时与常规InnoSwitch3系列芯片相比，有什么需要特别注意的地方吗？
答：您指的常规的InnoSwitch3系列芯片，我的理解应该是集成硅开关的器件。对于较高功率输出的应用，会用到集成PowiGaN开关的InnoSwitch3，其设计和应用与硅开关的器件没有任何差别。唯一的不同可能是在周边元件上面，毕竟输出更高功率时，周边元件的额定值要进行相应的调整。其它，无论是开关波形、变压器设计、EMI考量都无需进行特别的设计考量。
问题12、在开发同一个65W PD快充充电器时，使用PowiGaN芯片和使用传统芯片，体积大概可以缩小多少？
答：这个恐怕要因不同设计规格有所差异。按我刚才讲义的第九页看，大概可以减小接近一半的板面空间。其实关键不是在体积缩小多少，而是效率提升之后可以去掉散热片，简化电源结构，满足热设计的目标。
问题13、次级同步整流驱动输出是由初级侧输出控制信号的还是由次级检测？
答：PI的InnoSwitch3系列IC中有两个控制器，一个初级，一个次级。一旦成功启机工作后，次级控制器作为主控，次级同步整流的驱动是由次级控制器控制的，只有确保次级SR关断后，其才会发送脉冲请求信号至初级，让初级的开关开通。因而可以确保在任何工作模式下不会出现初次级开关管共同开通的现象发生。同时也可将死区时间最小化，以提升效率。
问题14、PI在100W和以上大功率的PD充电器中未来布局了哪些芯片？
答：PD应用的最大功率也就是100 W。目前PI的产品完全可以满足PD市场的需要。
问题15、近期多款电脑显示器支持USB PD快充，PI在该领域是否有应用案例产品量产？
答：如果USB PD快充集成进显示器，其实就是一个高功率密度的电源设计。需要相应的显示器设计厂商进行设计。是否有产品量产，抱歉我没有更多的市场信息。
问题16、支持三星pps吗？
答：PI的InnoSwitch-Pro产品具有I2C总线与外部的MCU通信，可满足任何PPS的应用需求。那部分的协议处理由外部微处理器实现。
问题17、请问有没有差异化的产品计划？比如充电器发热问题解决方案~还有便携问题，目前还是有点不完善
答：只有电源的效率做上去了，即可省去散热片，即使对于小型化的设计，也可降低电压内部的热量。这对于降低产品体积、重量、增加便携性都会有帮助。您可参考充电头网站的拆解报告，采用PI的InnoSwitch3方案的产品其体积和散热表现会给您一个更加直观的印象。
问题18、 氮化镓应用的最高温度是多少？
答：对于消费类电子的氮化镓应用来讲，客户更关心的是外壳的温升。功率器件的局部发热直接影响客户使用的安全性。PI的氮化镓开关集成于IC内部，具有过温关断保护功能，当结温达到142度时，即自行关断保护。这样的目的也是可以降低PCB板的局部温度，防止故障情况下PCB板烧焦现象发生。
问题19、InnoSwitch-Pro可以不接MCU，通过像FB设定方式做输出设定吗？
答：采用InnoSwitch-Pro不可以通过FB设定方式做输出设定。其输出特性完全靠I2C接口的命令进行设定。IC本身并无FB引脚。如果想采用FB设定方式的话，可以使用普通的InnoSwitch3系列IC （InnoSwitch3-CE/CP/EP）。
问题20、PowiGaN什么时候会有高频版本？
答：我们一直着重在效率和频率的的平衡点上，提供给客户最佳的氮化镓使用经验，对于高频的PowiGaN仍然会在效率的前提下做考量，在最佳的时间点对市场宣布。
问题21、频率控制在75K会不会无法发挥GaN的优势，转而不如选择成本低的Si？
答：GaN的开关优势体现在低导通损耗和低开关损耗。功率开关的输出功率能力与限流点和工作频率相关。当频率比较高时，其输出电容的大小直接影响开关损耗。如果采用硅器件，其更高的输出电容必然带来更大的开关损耗。而GaN开关的输出电容只有硅器件的五分之一，即使工作频率低，同样可以大大降低开关损耗。再者，GaN的低导通电阻也有助于降低功率器件的温升，适合于高功率密度的小型化设计。至于氮化镓在充电器中最适合的工作频率是多少，请拭目以待PI后续的产品。
最后来一波截图暴击，来一起感受下直播现场的火热氛围吧！
美图压轴：
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