氮化镓在APFC电路中的应用优势分析

氮化镓相比传统的硅器件，最明显的提升是减小了充电器的体积，使同功率充电器的体积只有原来的一半大小，同时效率也得到同步的提升，降低充电器的散热需求。

图为小米三款65W充电器体积对比，可以看到使用了氮化镓功率芯片的AD65G，体积仅为使用常规硅功率器件的CDQ07ZM一半大小。氮化镓的使用大大提高了充电器的功率密度，减小充电器的体积。

氮化镓具有高耐压、高速开关、低导通电阻、高效率的特性，可以支持更高的开关频率，可以减小充电器的磁性元件，如变压器，电感等体积，同时损耗更低。使用氮化镓能让充电器在体积做小的同时，内部设置多口输出的降压电路，而不增加整体体积，提高充电器的竞争力。

氮化镓用于PFC电路的优势

充电头网选取了两款同为120W的充电器，其中均采用了PFC电路，分别选用常规硅器件和氮化镓器件，下面将从硅器件和氮化镓器件的参数上进行对比。

小米120W充电器是搭配小米10至尊纪念版手机推出的一款充电器，采用小米魔改USB-A接口，支持20V6A输出，可在5分钟内为4500mAh电池充入41%电量，处于行业中的佼佼者。同时这款充电器还支持65W PD快充，可为笔记本充电，一头多用。

小米120W充电器的PFC升压级使用了意法半导体的STL24N60M6，是一颗耐压600V的NMOS，导阻为209mΩ。

STL24N60M6采用PowerFLAT 8x8 HV封装，适用于开关应用，LLC转换器和升压PFC转换器应用。

下面是这款管子的详细参数部分，其中Ciss即栅极的输入电容，为960pF。

体二极管参数，STL24N60M6的体二极管反向恢复电荷在60V，常温下反向电荷为2.3μC，反向恢复时间为225ns。

尚巡120W氮化镓适配器为折叠插脚，自带圆口输出线缆，固定19V输出，可用于显示器，笔记本电脑及NUC电脑应用，体积和重量相比传统120W电源显著缩小。

尚巡120V氮化镓适配器的升压级采用英诺赛科INN650D02，是一颗耐压650V的增强型氮化镓开关管，导阻为200mΩ。

英诺赛科INN650D02采用DFN8X8封装，支持超高的开关频率，并且无反向恢复电荷，可应用于图腾柱PFC等高频高密度快充应用。

英诺赛科INN650D02的Ciss输入电容仅为70pF。

同时由于氮化镓无反向恢复电荷，INN650D02反向恢复电荷、恢复时间和反向恢复峰值电流均为0。

这里意法半导体STL24N60M6参数与英诺赛科INN650D02参数相近，封装也类似，所以采用这两颗管子进行常规硅器件与氮化镓器件的性能对比。

栅极电荷的对比

首先是栅极电荷，STL24N60M6的栅极电荷为960pF，INN650D02的栅极电荷为70pF。之前的All GaN快充解决方案中介绍过，Ciss等效为一个电容，可以理解成，为电容充电，栅极达到开启电压，器件导通，为电容放电，电压为零，器件截止。

Ciss的减小，可以显著减小初级控制器或外挂驱动器的功耗，可以降低驱动器的温升，提高稳定性并提高效率，另外氮化镓器件6V的驱动电压，相比硅MOS10V的驱动电压降低，也降低了驱动器的驱动难度。为电源运行在更高的频率下夯实了基础。

另外栅极电荷充电，在传统的MOS管上带来了开通损耗和关断损耗，也就是上升时间和下降时间。在这个时间内，MOS管处于线性区，从而产生开关损耗。氮化镓的栅极电荷非常小，上升和下降时间都非常短，这个开关损耗是非常小的。

反向恢复

这里引用恩智浦 TEA19162T的应用电路图举例。

这是充电器中应用非常广泛的升压PFC电路图，M1就是PFC升压开关管。常规硅MOS由于结构和工艺原因，都会有一个体二极管。而二极管必然存在结电容。也就是说，整流后的电压，会通过电感先给MOS管的体二极管充电，体二极管储存的电荷，在MOS管导通时，通过MOS管的DS释放，在MOS管关闭时，也是同步为体二极管充电。

MOS管的体二极管充放电及恢复电荷制约了PFC的开关频率，电容充放电的功率损耗拉低了电源的转换效率，还拉高了系统中的峰值电流，造成EMI干扰。而氮化镓器件因为没有体二极管，没有反向恢复电荷，所以没有充放电损失，没有峰值电流，能够有效提高开关频率并提高效率。

充电头网总结

氮化镓以易驱动，无反向恢复的优势，非常适合于硬开关应用。通过应用氮化镓器件到充电器中，消除了体二极管的电容充放电损耗，提高了电源转换效率。同时得益于损耗降低，还可以提高充电器的开关频率，缩小充电器体积。

目前氮化镓器件已经广泛应用在快充上，未来，氮化镓将在更多的功率转换场合中发挥更重要的作用，应用在服务器电源中，可降低大功率电源损耗数十瓦，为降低数据中心，5G基站能耗做出贡献。应用在新能源汽车中，可生产效率更高，体积更小的车载充电器。氮化镓未来还将应用在更多的设备中，改变我们的生活。

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