氮矽科技推出两套量产版65W氮化镓充参考设计
氮化镓是一种具有高功率密度的宽禁带半导体材料，能制备出具有超低Rds(on)、高击穿电压、高功率、高频和小尺寸的功率半导体器件。
值得一提的是，氮化镓在2021年已经被正式写入十四五规划，市场前景十分广阔，同时也为国产氮化镓产业的发展带来极大利好。
一、氮矽推出全球最小氮化镓器件
DX6510D是氮矽科技于2020年11月推出的一款全球最小650V/160mΩ E-mode GaN HEMT器件（PDDFN4x4），其采用全新自研板级封装（PDDFN）、双面散热，散热能力远超同尺寸DFN。
除此之外氮矽科技还推出多款量产级E-mode GaN HEMT并搭配DFN5x6、DFN8x8等多种封装,以满足客户各种需求。
E-mode GaN HEMT具有无体二极管、零反向恢复电荷以及高开关频率（>10MHz）的特点。但由于异质结构带来的热和晶格失配，氮化镓器件的动态参数存在“漂移”的问题，下图为氮矽科技的功率器件与国外友商的同类产品的Rds(on)在ZVS以及HSW信号下随电压变换的测试数据：
由上图可看出，氮化镓器件Rds(on)在动态开关动作下会随着电压“漂移”，而对比国外某设计公司氮化镓器件，氮矽科技所设计GaN HEMT在ZVS模式下表现非常突出，漂移率稳定在10%左右，而在HSW模式下亦控制在40%以下，故使用氮矽科技所制造的快充产品在使用同等Rds(on)器件的条件下发热表现会更优，更易过全球安规标准。
二、氮矽氮化镓快充方案
基于氮矽科技现有器件，氮矽科技推出多款USB PD快充参考方案：单口至多口，65W至120W各种功率等级供客户选择；氮矽科技可接受私人定制，以满足客户各种需求。现已有多家客户应用到包括LED电源、PD快充头上。
下图所示为氮矽科技标准65W 2C1A口红头Demo：
此Demo采用Flyback QR拓扑，尺寸为64.5x32x 28.2（mm），功率密度达到1.12W/cm³，与目前市场所售最新型口红头式氮化镓PD快充体积相当。此Demo搭载了氮矽科技DX6510C（160mΩ，DFN5x6）芯片，初次级控制方面搭载了南芯SC3022以及SC3503芯片，做到了全国产化。
此外，此Demo AC-DC部分SMD元件无0402封装，更易生产，生产直通率更高，同时DIP元件无特殊加工，更易生产，维修更方便。
多家客户已对此Demo进行了量产测试，由于氮矽科技动态Rds(on)漂移不明显， 氮矽GaN器件在此Demo上温度表现出色；而得益于优秀的温度表现，此Demo在220V条件下AC-DC满载转换效率上可以达到94%。
目前市场上客户普遍反映氮化镓方案EMI/EMC难调，而通过氮矽工程师的努力，在搭载全国产芯片的前提下，此Demo在EMI/EMC方面表现依然良好且留有超过10dB余量。
下图所示为氮矽科技为满足客户出口产品全球安规标准所量身定制的65W 1C1A方块头Demo：
此Demo在保证了EMI/EMC以及进一步提高了功率密度达到了1.16W/cm3的同时，重新设计了散热结构是整机达到了全球安规认可水平，目前客户已在对此产品进行全球认证，而此Demo体积（49X47X24.2mm）也做到了过全球安规认证的65W氮化镓快充最小体积。
随着USB-IF协会近期公布了全新USB-C 240W PD标准，新标准可以为高性能笔记本或其他设备提供更高电力，氮化镓在PD高功率端的应用也将迎来质的飞跃，氮矽科技为已有客户在此方面量身打造了一款120W 2C1A产品，如下图：
此产品在PFC端采用一颗氮矽科技DX6510D以及一颗SiC SBD，控制方面使用了On-Semi的NCP1616作为PFC控制器，在LLC端采用了两颗氮矽科技DX6510D以及On-Semi的NCP13992。
值得注意的是，因为在高频条件下，氮化镓器件阈值电压Vth也存在不稳定漂移的现象，而由此导致的MOS管误开启对LLC拓扑是致命的，所以氮矽科技在桥臂MOS栅极前端采用了自主研发并拥有自主产权的强拉断电路不仅保证了产品的安全，同时对比采用负压关断有更高的效率和更优的温度表现。
三、氮化镓快充产品多样化
据不完全统计，氮化镓快充产品种类繁多，功率等级小到30W大到240W不等、有单口到多口输出供消费者选择。其形状、体积、外观各异，其中联想口红头系列、OPPO饼干超闪充、小米33W超小方形头等深受消费者喜爱。
2021年因苹果取消附送充电器，各充电器厂商纷纷出产30W系列快充，以抢占苹果快充市场。小米这款33W（AG33G）氮化镓快充体积31cm3、功率密度高达1.05W/cm3，是目前市场上售卖的体积最小的一款氮化镓快充。
2020年部分氮化镓快充头的价格统计如下表所示。功率越低快充头输出口越少，功率越高快充头输出口越多；且低功率价格低于高功率价格；
2020年氮化镓快充头的价格表
氮化镓快充将依旧会朝着体积小、功率密度大、效率高、价格低这个方向发展。影响价格的主要因素：品牌效应，外观效应、实用性。
四、氮化镓快充出货量递增
USB PD快充的普及与氮化镓技术的成熟，加速了消费类电源的更新换代。另有数据显示，在以电商客户为主的充电器市场，2019年氮化镓功率器件出货量约为300万-400万颗。
随着手机以及笔记本电脑渗透率进一步提升，2020年将实现5-6倍增长，总体出货1500-2000万颗，2021年GaN器件的出货量有望达到5000万颗。预计2025年全球GaN快充市场规模将达到600多亿元。前不久全国两会刚落下帷幕，第三代半导体成为了两会的关键词之一，相信市场前景异常可观。
峰会预告
7月30日，，届时将有多家氮化镓、碳化硅快充芯片原厂及快充产业链配套企业出席，共同探讨第三代半导体快充发展新趋势。
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