數(shù)據(jù)中心是GaN的下一個大市場

GaN技術(shù)的集成將允許您擁有下一個更小的具有更大功率的充電器。Gano Navitas宣布全面采用Gano半導體公司?功率集成電路使生產(chǎn)超薄50W快速電池充電器成為可能。

新的充電器尺寸為82 x 39 x 10.5毫米，重量僅為60克。迷你充電器通過OPPO首創(chuàng)的SuperVOOC快速充電協(xié)議或USB-C可編程電源（PPS）規(guī)格提供50W。它是一款靈活的設備，能夠為智能手機、平板電腦和小型筆記本電腦充電。

OPPO首席充電技術(shù)科學家張嘉良（Jeff）ZHANG說：“使用氮化鎵設備管理超高頻電源解決方案是多年來每個人的夢想，這項技術(shù)將引發(fā)電源領(lǐng)域的一場革命?！?/p>

“我們今年將引進新一代的氮化鎵技術(shù)，繼續(xù)整合更多功能。它不僅僅是一個功率晶體管，我們將模擬、邏輯和功率集成在一個芯片上，隨著集成度的提高，這實際上使我們能夠更快地切換并獲得更好的成本，當然，簡化和縮小了設計的規(guī)模。真正改變了與我們的高度集成移動充電器行業(yè)。我們已經(jīng)發(fā)布了超過40種不同的產(chǎn)品。 Navitas半導體首席執(zhí)行官吉恩·謝里丹（Gene Sheridan）說：“OPPO發(fā)布了一項最驚人的公告，這款充電器體積僅為36立方厘米，比上一代產(chǎn)品縮小了約70%至80%——這是一項非凡的技術(shù)成就。”。

GaN與Si

硅的使用頻率被限制在100千赫左右，再往上熱量就會隨之增大，復雜性和難以控制的成本。還有低頻磁場的問題，它不夠快，當你試圖以這個速度駕駛時，它們會變得太慢。

許多人使用“硬開關(guān)”拓撲，這種拓撲會引入大量的開關(guān)損耗，當你增加頻率時，由于寄生電感的增加，效率會下降。此外，舊的拓撲結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的控制IC運行速度不夠快。因此，第一步是通過GaN技術(shù)解決開關(guān)問題。

歷史上，實現(xiàn)的第一個GaN器件是“耗盡模式”（dMode），一個常開的器件，但這意味著需要一個額外的Si開關(guān)與GaN開關(guān)串聯(lián)。

早期的“增強模式”（eMode）通常關(guān)閉的設備有一個暴露的和脆弱的柵極，所以電壓控制意味著復雜和昂貴的驅(qū)動電路，以避免不穩(wěn)定的行為。

Navitas的GaNFast解決方案包括一個GaN開關(guān)——場效應晶體管（FET）——與GaN功率器件集成在同一芯片上的整體集成模擬驅(qū)動電路和數(shù)字邏輯電路。

Navitas的GaN器件可以工作在40兆赫，用于學術(shù)研究。對于商業(yè)平臺，完全集成的GaN Fast功率IC的額定頻率為2 MHz，是現(xiàn)有控制器速度的兩倍。高速運行可顯著降低快速充電系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換規(guī)模和成本。

GaN和集成控制解決方案的使用導致極低的傳播延遲?！耙驗槲覀冊谛酒霞闪?a target="_blank">驅(qū)動器，所以柵源關(guān)閉回路中的電感為零?！拔覀兛梢院芎玫乜刂七@個裝置，并在最高電壓‘轉(zhuǎn)換速率’速度（dV/dt）高達每納秒200伏的條件下保持關(guān)閉，”吉恩說。

當設計師試圖縮小充電器的尺寸時，熱密度（或簡單的“熱”）可能是個問題?！靶碌腘V612x系列提供了10-15°C的溫度降低和先進的冷卻墊，以改善熱接口的印刷電路板，并提供一個直接的電氣連接系統(tǒng)接地，”吉恩說。

這個解決方案幫助設計師超越所有的熱規(guī)范和機構(gòu)標準。它不僅用于智能手機的電源解決方案，還用于筆記本電腦、電視等。

幾周前，聯(lián)想（Lenovo）和 Navitas半導體（Navitas）宣布推出迄今為止為Legion e-sports設計的最快、最強大的充電器。使用GaNFast電源的快速充電器已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，并且每一部Legion手機都在“盒裝”中提供。

“下一代氮化鎵（GaN）技術(shù)使90W雙USB-C輸出充電器的功率增加40%，充電速度比以前同類最佳硬件快25%?！俺潆娖鞯乃俣认喈斢?a target="_blank">電子競技手機的處理能力，”吉恩說。

用于新電源的GaN

氮化鎵的工作速度比老式的慢硅快20倍，功率是原來的三倍，因此產(chǎn)品的充電速度高達3倍，但體積和重量只有原來的一半。 Navitas的GaN Fast功率集成電路在晶圓級的同一芯片上集成了GaN電源、模擬和邏輯電路，并利用這種集成實現(xiàn)了高速操作。

傳統(tǒng)上，對于大多數(shù)GaN晶體管來說，如何驅(qū)動和保護它們?nèi)匀皇莻€問題。它們是驚人的快速和高效的晶體管，但如果因為驅(qū)動和保護敏感柵極的需要而降低速度或增加成本和復雜性，這就真的扼殺了價值主張。GaN的可靠性已經(jīng)得到證明，我認為EPC、Transphorm和 Navitas在這方面做得很好。這些公司正在向全世界展示這些事情已經(jīng)解決了。吉恩說：“特別是在氮化鎵功率方面，我看到集成的驅(qū)動和保護功能正在驅(qū)動性能、更高頻率、更高效率和更低的成本?！?/p>

當今電子產(chǎn)品的低開關(guān)頻率意味著體積大、重量重、價格昂貴的磁性元件、電容器和儲能元件。如果這些頻率可以增加，設備可以變得更小、更輕、成本更低。然而，今天的硅基電子器件不允許這樣做，并且被限制在幾十千赫茲（kHz）的范圍內(nèi)。

對于50W的Mini SuperVOOC，GaNFast solutions將電源拓撲指向“脈沖式”有源箝位反激（ACF），它可以承受較寬的輸入電壓范圍，同時保持恒定的輸出為手機電池充電。這使得設計者可以從系統(tǒng)中移除電解“大容量電容器”，它可以占到總?cè)萘康?0%。

此外，高度超過20mm的傳統(tǒng)50kHz“繞線式”變壓器可替換為新型800kHz高速、輕型、平面變壓器，外形尺寸為8mm。

下一個需要關(guān)注的市場是無線充電和數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心繼續(xù)充斥著大量的數(shù)據(jù)，而電力消耗與之成正比。因此，正確的電源管理是至關(guān)重要的。

“舊的硅芯片在數(shù)據(jù)中心，造成了熱耗和功耗問題。因此，我們認為數(shù)據(jù)中心是GaN的下一個大市場，同樣在電力需求也很高的電動汽車領(lǐng)域。我們對這些機會感到非常興奮。我們在易操作性和數(shù)據(jù)中心方面正在進行合作，以提高30%的能源效率，這意味著將有30%的能量供應給處理器或電池，而不是以熱量的形式浪費掉。
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