GaNSense技术助力纳微GaNFast攀登效率高峰

Original 充电头网编辑部充电头网 2022-04-30

纳微半导体是一家氮化镓功率芯片公司，是世界上唯一一家将氮化镓器件、驱动、控制和保护功能集成在一颗芯片中，降低氮化镓应用门槛的半导体公司。纳微半导体于2014年成立，并于2021年10月在纳斯达克上市。本月，纳微半导体推出了全新的GaNFast氮化镓功率芯片，内置GaNSense技术，进一步提高了氮化镓功率芯片的性能及可靠性。

氮化镓是新一代半导体技术，开关速度相比传统的硅器件快20倍，具有更低的栅极电荷和输出电荷，可以有效降低开关损耗，并提高转换效率。在特定的应用中可以节能40%左右，对于实现碳中和目标很有帮助。氮化镓目前应用在快充中，将快充的功率密度提高3倍，还能降低充电器的成本，并降低待机功耗。

目前随着手机和笔记本充电功率的不断提升，氮化镓技术的广泛应用，显著减小了大功率充电器的体积，并进一步为增大充电功率打好基石。让终端应用通过使用氮化镓技术，来达成更大的充电功率，缩短充电时间并提升用户体验。

纳微半导体和全球一线品牌合作，例如戴尔、联想、小米、OPPO、LG、华硕、亚马逊、贝尔金等知名厂商推出了多款高效率的氮化镓充电器。在快充应用以外，纳微半导体对液晶电视、游戏机、平板电脑等消费类产品市场也是非常关注的。通过使用氮化镓器件取代传统的硅器件，能帮助设计师设计出更具突破性的产品。

未来，氮化镓技术还能应用在数据中心、太阳能发电和车载充电机中，提高转换效率并减小电源部分的体积，提供更有竞争力的选择。应用纳微氮化镓技术到电源中，能够有效减少电源方案的器件数量，并减小PCB板的面积，从生产环节减少碳的排放量。

纳微半导体GaNSense新技术优势

纳微半导体GaNFast器件采用常关型的E Mode氮化镓开关管，但E Mode氮化镓需要精确的驱动电压，也就是说需要复杂的驱动电路。分立式的氮化镓器件，由于寄生参数的和电路布线的影响，开关频率相比传统的硅器件只有2到3倍的提升，同样功率密度的提升也是比较有限的。

而纳微通过将驱动器，控制电路和保护电路全部集成在一个封装内部，制造出来的GaNFast功率芯片，就没有寄生参数的影响，工作频率可以达到2MHz。目前纳微的GaNFast主流的应用频率都达到了300-400KHz，模块电源的设计，开关频率已经达到了MHz级。通过纳微的氮化镓功率芯片，氮化镓高开关频率和高开关速度的潜力得到了充分释放，功率密度相比分立的氮化镓器件也有了显著提升。

纳微GaNFast功率芯片只需要搭配简单的外围器件，就可以实现数字信号输入，功率输出。GaNFast功率芯片具有宽泛的供电范围，只需要数字信号控制，显著降低了氮化镓技术的应用难题，并大幅提高氮化镓应用的可靠性。

纳微推出的GaNSense技术，对新一代GaNFast功率器件进行了进一步的性能提升，内置高精度无损耗电流采样，智能待机模式降低待机时的功耗，并且在芯片内部集成了基于SOA的过流保护，相比控制器保护更快速，更加精准，有效避免异常情况产生的过电流。

无损可编程电流采样，是通过采集芯片内部的电流信息，并通过芯片内置的信号处理电路实时的输出电流信号。通过无损电流采样，取消了传统系统中的电流取样电阻，消除了采样电阻的损耗，提高了电源的能效。

并且取消取样电阻还有两个好处：首先节省掉取样电阻，可以节省一部分PCB面积，通常充电器里面都是采用3颗1206的电流取样电阻，取消以后能够简化布局并优化散热设计。另外取样电阻在工作时也会产生热量，去掉取样电阻以后，还会降低整个系统的温升，效率也会有一定程度的提高。

过流保护在传统的GaNFast功率芯片上，是通过取样电阻采集电流信号，送至控制器进行过流检测。控制器为了避免噪声干扰，通常会内置延时电路，过流保护的反应时间在300nS左右。内置GaNSense新技术的GaNFast功率芯片，无损电流检测的信号，会送至内置的过电流检测电路进行处理，当出现过流情况时，反应时间远远小于100nS，能够避免异常情况下出现过高的电流造成器件损坏。

值得一提的是，GaNSense技术可以在电流超过内部阈值后，自动关断开关，保证电流不会超过阈值，而无关控制器输出的控制信号。实现独立的器件级逐周期过流保护，大大提升系统的可靠性。

纳微半导体内置GaNSense技术的GaNFast功率芯片，新增了智能待机功能。芯片内置检测电路，可以在系统进入轻载跳周期或突发模式下，智能的进入待机模式，从而降低芯片的工作电流，有效降低充电器整机的待机功耗。并且30nS内即可转换为正常工作模式。相比早期器件可节省6-7mW的待机功耗。

目前，纳微内置GaNSense技术的GaNFast功率芯片已经量产，同样提供QFN6*8和QFN5*6封装，导阻从120mΩ到450mΩ可选，满足20W到200W的快充应用。

纳微半导体新款GaNFast器件，得益于无损电流采样，可用于反激和PFC电路，使用芯片内置的无损电流采样，可以降低取样电阻上的功率消耗，提高能效，并且可用于非对称半桥。

纳微半导体高级应用总监黄秀成表示：“随着PD3.1的代入，非对称半桥这个拓扑一定会慢慢地火起来，这个拓扑里面有两个芯片，作为主开关管可以用GaNSense，因为也需要采样电流，上管作为同步管可以用GaNFast系列代替。”

小米120W氮化镓快充电源，采用PFC加反激架构，在PFC和反激中分别应用了一颗NV6134 GaNSense器件。GaNSense氮化镓解决方案相比传统硅器件方案提升了1.5%的转换效率。

另外一款联想的YOGA 65W双C口氮化镓充电器采用了反激架构，也是采用了纳微的NV6134。

氮化镓具有美好的未来

目前，纳微的GaNFast芯片已经出货超过三千万颗，这离不开纳微团队的坚持努力和联合开发。

纳微在深圳、杭州和上海有三只强大的AE团队，从客户需求定制开始，原理图绘制、布板、调试、试产、量产、纳微都提供全程的服务。纳微还和平面变压器、磁芯、控制器厂家合作，根据客户的需求进行联合设计开发。

纳微AE团队从手机快充领域扩展到服务器电源、太阳能、新能源汽车领域。目前纳微服务器电源团队已在杭州成立，开始打造服务器电源产品，新能源汽车团队也在成立中。

纳微的氮化镓功率芯片已经用于无桥PFC应用，氮化镓器件无反向恢复的特性，非常适合CCM连续模式下工作，用于无桥PFC电路。通过应用氮化镓在服务器电源中，能够提高电源性能，相比传统硅器件具有成本优势。电源效率的提升，可为大规模应用带来能效的提升，减少能源浪费。