半导体|专访纳微半导体:双碳时代的芯片,可以在氮化镓上造( 二 )


而纳微的功率氮化镓器件集成了驱动、控制和保护在其中 , 就可以不依赖外部集成参数的影响 , 让开关频率得到充分释放 。 目前 , 纳微的电源适配器主流开关频率可以达到300-400K , 模块电源合作伙伴甚至已经设计到了MHz级 , 因此纳微设计出来的功率密度 , 比传统硅或分立式氮化镓要高很多 , 很多案例产品都远远大于1W/cc的功率密度 , 这是纳微在氮化镓功率器件领域的优势 。
目前 , 纳微的氮化镓在市面上的主流系列是GaNFastTM , 它把驱动控制和保护做在功率器件上面 , 主要采用QFN封装技术 , 使其大体布局和传统的硅和分立式氮化镓区别不大 , 因此有着同样出色的泛用性 。
GaNSenseTM , 是纳微在GaNFastTM基础上做的进一步性能提升 , 它可以替代原有的GaNFastTM , 其中包含了无损电流采样 , 待机功耗节省以及更多保护功能的集成 。
黄秀成指出 , 全新的GaNSenseTM系列具备四项突出优势:
【半导体|专访纳微半导体:双碳时代的芯片,可以在氮化镓上造】第一 , 无损可编程的电流采样 , 这是纳微半导体的专利技术 。 它主要代替了原来采样电阻的功能 。 原本 , 功率回路里有功率器件+功率采样电阻这两个产生损耗的元件 , 而变成无损采样之后 , 可以节省损耗、能效提升 。 此外还有两个衍生的好处:一是PCB布局面积更小、更灵活、更简单 , 这是因为原来采样电阻通常会采用3毫米乘以4毫米封装 , 但通过内部集成 , 无损采样的方案 , 可以缩减PCB尺寸;二是解决热耦合问题 , 原来有两个发热元件在这个系统里面 , 现在直接拿掉一个 , 整体的热系数表现会更好 , 耦合系数更低 , 而器件本身工作温度更低 , 系统效率也会提升 。
第二 , 过流保护技术 。 GaNSenseTM技术外部基于采样电阻 , 采到的信号交由控制器判断是否发生过流情况;内部设定了一个阈值 , 如果触碰到阈值 , 直接关掉 , 避免出现如短路、过功率等等情况 。
第三 , 过温保护技术 。 与过流保护同理 , 内部设置阈值160度 , 超过阈值直接把芯片关掉 , 芯片会自然冷却 , 冷却到低于100度 , 再去参考PMW信号 , 有信号时继续工作 , 如果异常情况没有解除 , 温度继续上升 , 阈值碰到160度继续关断 , 在区间内精准控制节温的范围 。
第四 , 智能待机技术 , 弥补了GaNFastTM之前的不足 。 待机问题对于充电器来说非常重要 , 目前最严苛的标准是做到25毫瓦或30毫瓦以内 。 纳微在GaNFastTM上已经实现了超低待机功耗 , 但是为了实现这一点 , 整个系统设计的相对复杂一些 。 而更加完善的GaNSenseTM技术 , 通过智能检测PWM信号让芯片进入待机模式 , 整个待机电流从GaNFastTM的接近1毫安降低到接近100微安 , 这使得整体待机功耗大幅下降 。 同时 , 纳微半导体也对待机唤醒做了优化 , 当第一次出现脉冲时 , 30纳秒之内就可进入正常工作模式 。
此外 , GaNSenseTM主要有三个应用场景 。 第一 , 目前快充最火爆的QR Flyback的应用场景 , 可以代替原先的主管和采样电阻;第二 , 带PFC功能的场景 , 可以提升能效;第三个应用场景是非对称半桥 , 随着PD 3.1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 , 作为主控管可以用GaNSenseTM , 因为也需要采样电流 , 上管作为同步管则可以用GaNFastTM系列代替 。
目前 , 纳微GaNSenseTM系列已经全面上市 , 拥有6×8 , 5×6等不同规格的封装 , 拥有最小120毫欧、最大450毫欧等覆盖从二十几瓦快充到一两百瓦快充不同选择 。 此外 , 合作客户也已经开始使用GaNSenseTM , 比如小米已经实现量产的120W氮化镓充电头 , 是目前业界最小的120W解决方案;还有联想YOGA 65W双C 。