相比傳統(tǒng)的硅器件,氮化鎵器件的開關(guān)速度要比硅快20倍,體積和重量更小,在一些系統(tǒng)里可以節(jié)能40%以上。同時相比于硅,氮化鎵功率器件的功率密度可以提升3倍,搭配快充方案,同體積下充電速度可以提升3倍以上,這也是目前氮化鎵在手機充電器上廣泛被應(yīng)用的重要原因。
氮化鎵GaNFastTM是納微半導(dǎo)體此前被廣泛應(yīng)用的氮化鎵功率芯片系列,納微半導(dǎo)體銷售營運總監(jiān)李銘釗介紹到,目前全球超過140款量產(chǎn)中的充電器都采用了納微的方案,大約150款左右還在準(zhǔn)備研發(fā)階段,在未來12個月里最少還有另外150多款使用納微方案的新產(chǎn)品出來。
而在GaNFastTM系列的基礎(chǔ)上,納微在近日發(fā)布了新一代的GaNSenseTM技術(shù)。
GaNsenseTM:GaNFastTM的進一步提升
隨著電源行業(yè)的發(fā)展,包括手機功率、充電功率需求的提高,更多應(yīng)用場景的出現(xiàn),氮化鎵技術(shù)更迭也在持續(xù)進步。據(jù)納微半導(dǎo)體高級應(yīng)用總監(jiān)黃秀成介紹,功率氮化鎵主要以兩個流派在發(fā)展,一個是dMode常開型的,納微代表的是另一個——eMode常關(guān)型。相比于傳統(tǒng)的常關(guān)型的氮化鎵功率器件,納微又在原來的基礎(chǔ)上進行了集成,這包括驅(qū)動的集成,包括保護和控制的集成。
對于集成帶來的好處,還要從傳統(tǒng)硅器件和分離式氮化鎵方案的缺點說起。黃秀成表示,傳統(tǒng)的硅器件參數(shù)不夠優(yōu)異,其開關(guān)速率、開關(guān)頻率都受到極大的限制,通常我們看到基于硅器件的電源系統(tǒng)設(shè)置都是在60kHz到100kHz的開關(guān)頻率范圍,因為開關(guān)比率比較低,其儲能元件,相對電感電容用的尺寸比較大,電源的功率密度會相對比較低,業(yè)界通常的功率密度小于0.5W/cc。
第二,分立式氮化鎵因為受限于驅(qū)動的線路的復(fù)雜性,如果沒有把驅(qū)動集成到功率器件里,受限于外部器件的布局、布線參數(shù)的影響,開關(guān)頻率沒有發(fā)揮到氮化鎵本來發(fā)揮到的高度。所以,對比于普通的硅器件大概只有2到3倍開關(guān)頻率的提升,可想而知功率密度的提升也是相對比較有限的。
因此,納微的GaNFastTM系列氮化鎵功率器件集成了控制、驅(qū)動和保護,可以不依賴與外部集成參數(shù)的影響,充分釋放開關(guān)頻率,方案功率密度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1W/cc。
但隨著電源行業(yè)的發(fā)展,包括手機功率、充電功率需求的提高,更多應(yīng)用場景的出現(xiàn),納微的氮化鎵技術(shù)更迭也在持續(xù)進步。
黃秀成談到,相比于傳統(tǒng)的硅和Discrete GaN,納微的GaNFastTM系列相對來說已經(jīng)發(fā)揮出氮化鎵速度和潛能,里面集成驅(qū)動、基本保護,從傳統(tǒng)的幾十K到一兩百K的方案,提升到MHz這樣的級別。
而GaNSenseTM在GaNFastTM基礎(chǔ)上又做了主要是性能的提升,包括無損的電流采樣,包括待機功耗節(jié)省,還包括更多保護功能的集成。
GaNSenseTM第一個功能是無損電流采樣。把無損采樣代替原來采樣電阻功能,意味著在功率回路里面有功率器件和功率采樣電阻,有兩個產(chǎn)生損耗的元件在里面,現(xiàn)在變成無損采樣,完全把采樣電阻損耗節(jié)省下來,功率回路里面的通態(tài)損耗也會減半,意味著能效提升。另外兩點由無損電流采樣衍生而來的好處,一是PCB布局的減少,因為原來采樣電阻通常會采用3毫米乘以4毫米封裝采樣電阻的形勢,通過內(nèi)部集成,無損采樣,PCB布局面積更小,布局會更靈活、更簡單。二是熱耦合的問題,原來有兩個發(fā)熱元件在這個系統(tǒng)里面,現(xiàn)在完全把一個拿掉了,現(xiàn)在熱的系數(shù)更好,耦合系數(shù)更低,器件本身工作溫度更低,系統(tǒng)的效率也會更高。
第二是過流保護功能。過流保護是基于采樣信號,內(nèi)部設(shè)定一個過流的閾值。傳統(tǒng)的、包括GaNFastTM系列,外部還是需要一個采樣電阻,采樣電阻采到的信號交由控制器判斷是否發(fā)生過流情況,控制器為了避免噪聲問題,有一個Delay的問題,通常它的反應(yīng)時間在300納秒左右,就是傳統(tǒng)的一個控制器的反應(yīng)時間。用了GaNSenseTM的電流采樣技術(shù),在內(nèi)部做信號處理,我們設(shè)定一個閾值,如果觸碰到這個閾值反應(yīng)時間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于100納秒,節(jié)省出來200納秒就可以避免系統(tǒng)因為異常情況,比如說像短路、過功率等等,造成變壓器的電流急劇上升這樣惡化的情況。
第三是過溫保護功能。過溫保護對于功率器件的保護非常重要,目前納微的保護機理是設(shè)置一個區(qū)間,獲取GaN晶圓上的溫度,當(dāng)這個溫度超過設(shè)定的160度閾值后,直接把芯片斷電,待芯片自然冷卻到低于100度時,再去參考PMW信號,當(dāng)有信號時候芯片繼續(xù)工作。
第四是智能待機功能。待機功耗的問題對于充電器來說非常重要,相比于GaNFastTM,GaNSenseTM技術(shù)更加完善并簡單?,F(xiàn)在很多能效標(biāo)準(zhǔn)都要求待機做到25毫瓦、30毫瓦以內(nèi),早期的GaNFastTM系列因為集成了芯片的功能,其靜態(tài)電流在700微安或1毫安。盡管電流也是非常小的,因為考慮待機問題,我們通常外邊會做個線路,把待機時候的VCC切斷,所以系統(tǒng)會相對復(fù)雜一些。而GaNSenseTM技術(shù)會智能檢測PWM信號,當(dāng)PWM信號是工作正常的時候,這個智能待機方式不發(fā)揮,當(dāng)系統(tǒng)進入跳周期的模式之后,通過檢測讓芯片進入待機模式,整個待機電流從原來的接近1毫安降到接近100微安,所以整個待機功耗就可以下降很多。同時喚醒速度也非???,當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)脈沖的時候,30納秒就可以馬上進入正常工作模式。
三大應(yīng)用場景,GaNSenseTM解決方案已落地
據(jù)黃秀成介紹,GaNSenseTM主要有三個應(yīng)用場景:
第一個,目前快充最火爆的QR Flyback的應(yīng)用場景,可以代替掉原邊的主管和采樣電阻;
第二個應(yīng)用場景就是帶PFC功能,在這兩個拓?fù)湎挛覀兊男侍嵘?0V輸出條件下至少可以提升0.5%的能效;
第三個應(yīng)用場景,非對稱半橋,隨著PD3.1的代入,非對稱半橋這個拓?fù)湟欢〞鼗鹌饋?這個拓?fù)淅锩嬗袃蓚€芯片,作為主控管可以用GaNSenseTM,因為也需要采用電流,上管作為同步管可以用GaNFastTM系列代替。
據(jù)透露,目前使用GaNSenseTM方案的產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)。比如小米120W的氮化鎵,作為目前是業(yè)界最小120W解決方案,其采用PFC加上QR的系統(tǒng)框架,使用了兩顆NV6134 GaNSenseTM系列,相比于傳統(tǒng)的之前已經(jīng)量產(chǎn)的硅的方案,GaNSenseTM解決方案比硅方案提升了1.5%的效率。除此之外,聯(lián)想YOGA65W雙C口充電器,也是采用了NV6134的解決方案。
未來不止于手機充電器
從產(chǎn)品面向的市場來看,不難看出納微從一開始就是以消費類電源為切入點,這與傳統(tǒng)GaN的廠商從工業(yè)類、汽車類入手有點不同。
李銘釗認(rèn)為,在消費類市場鋪墊,把整體GaN的量沖起來,在市場里可以印證納微的技術(shù)。“通過消費類市場,把我們的技術(shù)和產(chǎn)能、周邊的生態(tài)圈很快建立起來?,F(xiàn)在納微氮化鎵整個生態(tài)圈布局,相對硅來說非常非???。通過大量消費類應(yīng)用的巨大市場,拉動整個產(chǎn)業(yè)鏈跟上。所以,未來GaN的市場局部會更快?!?br />
除了消費類市場,納微正在擴展到服務(wù)器電源領(lǐng)域,太陽能領(lǐng)域,電動汽車的領(lǐng)域。據(jù)了解,目前納微服務(wù)器電源領(lǐng)域的團隊在杭州已經(jīng)正式成立,并已開始打造第一款服務(wù)器的產(chǎn)品。另外,納微的電動汽車團隊也已經(jīng)在上海開始招聘。
據(jù)了解,每出貨一個氮化鎵功率芯片,生產(chǎn)制造過程相比硅芯片可以減少4公斤的二氧化碳排放。氮化鎵節(jié)能的特性是實現(xiàn)碳排放、碳中和非常重要的手段,在當(dāng)下碳中和已經(jīng)逐漸成為“剛需”的節(jié)點,未來氮化鎵的應(yīng)用前景必然會更加廣泛。
氮化鎵GaNFastTM是納微半導(dǎo)體此前被廣泛應(yīng)用的氮化鎵功率芯片系列,納微半導(dǎo)體銷售營運總監(jiān)李銘釗介紹到,目前全球超過140款量產(chǎn)中的充電器都采用了納微的方案,大約150款左右還在準(zhǔn)備研發(fā)階段,在未來12個月里最少還有另外150多款使用納微方案的新產(chǎn)品出來。
而在GaNFastTM系列的基礎(chǔ)上,納微在近日發(fā)布了新一代的GaNSenseTM技術(shù)。
GaNsenseTM:GaNFastTM的進一步提升
隨著電源行業(yè)的發(fā)展,包括手機功率、充電功率需求的提高,更多應(yīng)用場景的出現(xiàn),氮化鎵技術(shù)更迭也在持續(xù)進步。據(jù)納微半導(dǎo)體高級應(yīng)用總監(jiān)黃秀成介紹,功率氮化鎵主要以兩個流派在發(fā)展,一個是dMode常開型的,納微代表的是另一個——eMode常關(guān)型。相比于傳統(tǒng)的常關(guān)型的氮化鎵功率器件,納微又在原來的基礎(chǔ)上進行了集成,這包括驅(qū)動的集成,包括保護和控制的集成。
對于集成帶來的好處,還要從傳統(tǒng)硅器件和分離式氮化鎵方案的缺點說起。黃秀成表示,傳統(tǒng)的硅器件參數(shù)不夠優(yōu)異,其開關(guān)速率、開關(guān)頻率都受到極大的限制,通常我們看到基于硅器件的電源系統(tǒng)設(shè)置都是在60kHz到100kHz的開關(guān)頻率范圍,因為開關(guān)比率比較低,其儲能元件,相對電感電容用的尺寸比較大,電源的功率密度會相對比較低,業(yè)界通常的功率密度小于0.5W/cc。
第二,分立式氮化鎵因為受限于驅(qū)動的線路的復(fù)雜性,如果沒有把驅(qū)動集成到功率器件里,受限于外部器件的布局、布線參數(shù)的影響,開關(guān)頻率沒有發(fā)揮到氮化鎵本來發(fā)揮到的高度。所以,對比于普通的硅器件大概只有2到3倍開關(guān)頻率的提升,可想而知功率密度的提升也是相對比較有限的。
因此,納微的GaNFastTM系列氮化鎵功率器件集成了控制、驅(qū)動和保護,可以不依賴與外部集成參數(shù)的影響,充分釋放開關(guān)頻率,方案功率密度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1W/cc。
但隨著電源行業(yè)的發(fā)展,包括手機功率、充電功率需求的提高,更多應(yīng)用場景的出現(xiàn),納微的氮化鎵技術(shù)更迭也在持續(xù)進步。
而GaNSenseTM在GaNFastTM基礎(chǔ)上又做了主要是性能的提升,包括無損的電流采樣,包括待機功耗節(jié)省,還包括更多保護功能的集成。
GaNSenseTM第一個功能是無損電流采樣。把無損采樣代替原來采樣電阻功能,意味著在功率回路里面有功率器件和功率采樣電阻,有兩個產(chǎn)生損耗的元件在里面,現(xiàn)在變成無損采樣,完全把采樣電阻損耗節(jié)省下來,功率回路里面的通態(tài)損耗也會減半,意味著能效提升。另外兩點由無損電流采樣衍生而來的好處,一是PCB布局的減少,因為原來采樣電阻通常會采用3毫米乘以4毫米封裝采樣電阻的形勢,通過內(nèi)部集成,無損采樣,PCB布局面積更小,布局會更靈活、更簡單。二是熱耦合的問題,原來有兩個發(fā)熱元件在這個系統(tǒng)里面,現(xiàn)在完全把一個拿掉了,現(xiàn)在熱的系數(shù)更好,耦合系數(shù)更低,器件本身工作溫度更低,系統(tǒng)的效率也會更高。
第二是過流保護功能。過流保護是基于采樣信號,內(nèi)部設(shè)定一個過流的閾值。傳統(tǒng)的、包括GaNFastTM系列,外部還是需要一個采樣電阻,采樣電阻采到的信號交由控制器判斷是否發(fā)生過流情況,控制器為了避免噪聲問題,有一個Delay的問題,通常它的反應(yīng)時間在300納秒左右,就是傳統(tǒng)的一個控制器的反應(yīng)時間。用了GaNSenseTM的電流采樣技術(shù),在內(nèi)部做信號處理,我們設(shè)定一個閾值,如果觸碰到這個閾值反應(yīng)時間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于100納秒,節(jié)省出來200納秒就可以避免系統(tǒng)因為異常情況,比如說像短路、過功率等等,造成變壓器的電流急劇上升這樣惡化的情況。
第三是過溫保護功能。過溫保護對于功率器件的保護非常重要,目前納微的保護機理是設(shè)置一個區(qū)間,獲取GaN晶圓上的溫度,當(dāng)這個溫度超過設(shè)定的160度閾值后,直接把芯片斷電,待芯片自然冷卻到低于100度時,再去參考PMW信號,當(dāng)有信號時候芯片繼續(xù)工作。
第四是智能待機功能。待機功耗的問題對于充電器來說非常重要,相比于GaNFastTM,GaNSenseTM技術(shù)更加完善并簡單?,F(xiàn)在很多能效標(biāo)準(zhǔn)都要求待機做到25毫瓦、30毫瓦以內(nèi),早期的GaNFastTM系列因為集成了芯片的功能,其靜態(tài)電流在700微安或1毫安。盡管電流也是非常小的,因為考慮待機問題,我們通常外邊會做個線路,把待機時候的VCC切斷,所以系統(tǒng)會相對復(fù)雜一些。而GaNSenseTM技術(shù)會智能檢測PWM信號,當(dāng)PWM信號是工作正常的時候,這個智能待機方式不發(fā)揮,當(dāng)系統(tǒng)進入跳周期的模式之后,通過檢測讓芯片進入待機模式,整個待機電流從原來的接近1毫安降到接近100微安,所以整個待機功耗就可以下降很多。同時喚醒速度也非???,當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)脈沖的時候,30納秒就可以馬上進入正常工作模式。
三大應(yīng)用場景,GaNSenseTM解決方案已落地
據(jù)黃秀成介紹,GaNSenseTM主要有三個應(yīng)用場景:
第一個,目前快充最火爆的QR Flyback的應(yīng)用場景,可以代替掉原邊的主管和采樣電阻;
第二個應(yīng)用場景就是帶PFC功能,在這兩個拓?fù)湎挛覀兊男侍嵘?0V輸出條件下至少可以提升0.5%的能效;
第三個應(yīng)用場景,非對稱半橋,隨著PD3.1的代入,非對稱半橋這個拓?fù)湟欢〞鼗鹌饋?這個拓?fù)淅锩嬗袃蓚€芯片,作為主控管可以用GaNSenseTM,因為也需要采用電流,上管作為同步管可以用GaNFastTM系列代替。
據(jù)透露,目前使用GaNSenseTM方案的產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)。比如小米120W的氮化鎵,作為目前是業(yè)界最小120W解決方案,其采用PFC加上QR的系統(tǒng)框架,使用了兩顆NV6134 GaNSenseTM系列,相比于傳統(tǒng)的之前已經(jīng)量產(chǎn)的硅的方案,GaNSenseTM解決方案比硅方案提升了1.5%的效率。除此之外,聯(lián)想YOGA65W雙C口充電器,也是采用了NV6134的解決方案。
未來不止于手機充電器
從產(chǎn)品面向的市場來看,不難看出納微從一開始就是以消費類電源為切入點,這與傳統(tǒng)GaN的廠商從工業(yè)類、汽車類入手有點不同。
李銘釗認(rèn)為,在消費類市場鋪墊,把整體GaN的量沖起來,在市場里可以印證納微的技術(shù)。“通過消費類市場,把我們的技術(shù)和產(chǎn)能、周邊的生態(tài)圈很快建立起來?,F(xiàn)在納微氮化鎵整個生態(tài)圈布局,相對硅來說非常非???。通過大量消費類應(yīng)用的巨大市場,拉動整個產(chǎn)業(yè)鏈跟上。所以,未來GaN的市場局部會更快?!?br />
除了消費類市場,納微正在擴展到服務(wù)器電源領(lǐng)域,太陽能領(lǐng)域,電動汽車的領(lǐng)域。據(jù)了解,目前納微服務(wù)器電源領(lǐng)域的團隊在杭州已經(jīng)正式成立,并已開始打造第一款服務(wù)器的產(chǎn)品。另外,納微的電動汽車團隊也已經(jīng)在上海開始招聘。
據(jù)了解,每出貨一個氮化鎵功率芯片,生產(chǎn)制造過程相比硅芯片可以減少4公斤的二氧化碳排放。氮化鎵節(jié)能的特性是實現(xiàn)碳排放、碳中和非常重要的手段,在當(dāng)下碳中和已經(jīng)逐漸成為“剛需”的節(jié)點,未來氮化鎵的應(yīng)用前景必然會更加廣泛。
聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。
舉報投訴
-
氮化鎵
+關(guān)注
關(guān)注
58文章
1568瀏覽量
115745 -
納微半導(dǎo)體
+關(guān)注
關(guān)注
7文章
119瀏覽量
19835
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
氮化鎵(GaN)功率半導(dǎo)體市場風(fēng)起云涌,引領(lǐng)技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)升級
技術(shù)的成熟以及電動汽車、人工智能、機器人等新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,對更高功率、更低能耗的需求日益增長,氮化鎵器件正逐步取代傳統(tǒng)硅基
氮化鎵(GaN)的最新技術(shù)進展
本文要點氮化鎵是一種晶體半導(dǎo)體,能夠承受更高的電壓。氮化鎵器件的開關(guān)速度更快、熱導(dǎo)率更高、導(dǎo)通電阻更低且擊穿強度更高。
鎵未來TOLL&TOLT封裝氮化鎵功率器件助力超高效率鈦金能效技術(shù)平臺
珠海鎵未來科技有限公司是行業(yè)領(lǐng)先的高壓氮化鎵功率器件高新技術(shù)企業(yè),致力于第三代半導(dǎo)體硅基
氮化鎵功率器件結(jié)構(gòu)和原理
氮化鎵功率器件是一種新型的高頻高功率微波器件,具有廣闊的應(yīng)用前景。本文將詳細(xì)介紹
陳敬教授:面向功率、射頻和數(shù)字應(yīng)用的氮化鎵器件技術(shù)
近日,在第九屆國際第三代半導(dǎo)體論壇&第二十屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇開幕大會上,香港科技大學(xué)講席教授陳敬帶來了“面向功率、射頻和數(shù)字應(yīng)用的氮化鎵器件
什么是氮化鎵合封芯片科普,氮化鎵合封芯片的應(yīng)用范圍和優(yōu)點
氮化鎵功率器和氮化鎵合封芯片在快充市場和移動設(shè)備市場得到廣泛應(yīng)用。氮化
氮化鎵芯片是什么?氮化鎵芯片優(yōu)缺點 氮化鎵芯片和硅芯片區(qū)別
氮化鎵芯片是什么?氮化鎵芯片優(yōu)缺點 氮化鎵芯片和硅芯片區(qū)別?
氮化鎵給生活帶來怎樣的便利
氮化鎵(GaN)是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料,由于其獨特的性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)成為了微電子和光電子領(lǐng)域的重要材料之一。下面將詳細(xì)介紹氮化鎵的性質(zhì)和用途。
氮化鎵(GaN)功率器件技術(shù)解析
氮化鎵(GaN)功率器件在幾個關(guān)鍵性能指標(biāo)上比硅(Si)具有優(yōu)勢。具有低固有載流子濃度的寬帶隙具有更高的臨界電場,能實現(xiàn)更薄的漂移層,同時在較高的擊穿電壓下可以降低導(dǎo)通電阻(Rds(o
氮化鎵功率芯片功率曲線分析 氮化鎵功率器件的優(yōu)缺點
不,氮化鎵功率器(GaN Power Device)與電容是不同的組件。氮化鎵功率器是一種用于電
氮化鎵功率器件測試方案
在當(dāng)今的高科技社會中,氮化鎵(GaN)功率器件已成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域的明星產(chǎn)品,其具有的高效、高頻、高可靠性以及高溫工作能力等優(yōu)勢在眾多領(lǐng)域
評論