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纳微首秀GaNSense新技术智能GaNFast芯片

admin
2021-11-24
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标签:GaN

日前,纳微半导体在线发布全球首款智能GaNFastTM氮化镓功率芯片,同时对其所开发的GaNSenseTM新技术所具有的优势进行了解读。据介绍,纳微半导体的芯片品牌仍然是GaNFastTM,而GaNSenseTM是一个技术品牌。新产品是使用GaNSenseTM技术的新一代GaNFastTM氮化镓功率芯片,而不是GaNSenseTM芯片。

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为氮化镓而生的公司

金秋十月,纳微半导体在纳斯达克正式上市。创始人兼CEO Gene Sheridan,联合创始人Dan Kinzer和Jason Zhang曾在同一家公司任职,彼此合作超过30年。他们将以往丰富的工作经验都融入到了纳微半导体。目前纳微中国团队共有60多人,超过纳微全球员工的40%,公司70%以上营收来自中国大陆。

纳微半导体销售营运总监李铭钊表示,纳微主要聚焦氮化镓技术,其特性与传统硅有很大区别,如开关速度比硅快20倍,体积和重量更小,在某些系统中可以节能40%左右,对于实现碳中和目标很有助益。氮化镓的功率密度可以提升3倍,搭配快充方案,在达到相同效果的同时充电速度提升3倍以上。同样体积、同样充电速度,利用氮化镓系统可节约待机20%左右。

氮化镓开始广泛运用于手机充电器中主要有两大原因:首先,手机电池容量越来越大,从以前的两千毫安时到现在的五千毫安时,氮化镓可以让充电时间减少,充电器体积变小(氮化镓的优势是提升充电器功率,消费者用很短的时间可以把电池充满);其次,相关电子设备使用种类越来越丰富,接口越来越多(如有A口也有C口等),多头充电器具有广阔的市场,这也是氮化镓可以发挥作用的平台。

据介绍,现在纳微主要合作伙伴来自全球知名度较高的厂商,如小米、OPPO、联想、DELL等,这些品牌都有采用纳微的氮化镓方案制作产品;国外电商品牌也有大量选用纳微提供的解决方案。全球超过140款量产充电器选用纳微方案,还有大约150款尚在研发阶段。

GaNSenseTM技术产品优势尽显

虽然纳微半导体的前一个系列产品是GaNFastTM,但最新的GaNFastTM系列产品采用的是GaNSenseTM技术,其特点和应用场景与之前大有不同。纳微半导体高级应用总监黄秀成介绍说,GaNFastTM系列将驱动控制和保护装置搭载在功率器件上,主要采用QFN封装,大体布局和传统的硅和分立式器件区别不大,有漏极、源极、PWM以及三个和控制驱动相关的器件。GaNFastTM产品目前出货量已经达到三千万颗。

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随着电源行业的发展,手机功率、充电功率需求提高,更多应用场景出现,纳微的氮化镓技术更迭也在持续进步。与传统的硅和Discrete GaN相比,纳微的GaNFastTM系列相对来说已经发挥出氮化镓速度和潜能,集成了驱动和基本保护,从传统的几十kHz到一两百kHz的方案,提升到MHz级别。纳微GaNSenseTM技术在GaNFastTM基础上又做了性能提升,包括无损电流采样、待机功耗节省,还包括更多保护功能的集成。

GaNSenseTM技术系列产品最突出的性能优点包括无损可编程电流采样,人体ESD、过温过流保护都被集成在GaNSenseTM系列中。这对系统来说非常重要,包括智能待机,可以解决GaNFastTM以前相对不足之处。

首先,电流采样是通过无损方式采集,经过信号处理后,在芯片外部可放置一个可编程电阻,然后复现流经GaN工艺器件的电流,系统里的采样电阻通过调节可编程电阻从而复现可编程电压。无损采样代替原来采样电阻功能,功率回路的通态损耗也会减半,这意味着能效提升;PCB面积更小,布局更灵活、更简单;此外,器件本身工作温度更低,也能从另一方面提高系统效率。

其次,过流保护是基于采样信号内部设定的过流阈值,而传统产品外部需要一个采样电阻,采集的信号由控制器判断是否发生过流情况,为了避免噪声,控制器会有一个通常在300纳秒左右的延迟。采用GaNSenseTM电流采样技术后,系统可以在内部进行信号处理,设定阈值,一旦触碰到这个阈值反应时间会远远小于100纳秒,从而节省200纳秒以上的时间避免系统因为异常(如短路、功率过载等)造成变压器电流急剧上升的现象。

第三是过温保护,目前的保护机理是设置区间,当温度超过160度阈值后,不管外部PMW信号,直接关掉芯片,直至温度自然冷却至低于100度,再去参考PMW信号,这样就可以在区间内精准控制结温范围。

第四是智能待机,GaNSenseTM技术可利用智能检测PWM信号。当PWM信号工作正常时,智能待机方式不起作用,当系统进入跳周期模式后,通过检测让芯片进入待机模式,待机电流从原来的接近1毫安降到接近100微安,从而大幅度降低整个待机功耗。

据介绍,GaNSenseTM系列产品有6mm×8mm和5mm×6mm两种规格的封装形式。目前有5种选择种类,最小到120毫欧,最大是450毫欧,覆盖范围从20W快充到100-200W快充。

GaNSenseTM技术主要有三个应用场景,一个是快充最火爆的QR Flyback应用场景,可以代替原边主管和采样电阻;二是带PFC功能,采用两个拓扑在90V输出条件下至少可以提升0.5%的能效;三是非对称半桥,随着PD 3.1的发布,非对称半桥拓扑一定会慢慢火起来,其中两个芯片主控管可以用GaNSenseTM技术产品代替。

目前已经有一些客户在使用GaNSenseTM技术产品实现量产,如小米120W氮化镓充电器,使用了两颗NV6134 GaNSense技术产品,相比于已量产的硅方案,效率提升了1.5%;第二个案例是联想YOGA 65W双C,也采用了NV6134解决方案。

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未来将拓展应用领域

和其他氮化镓厂商相比,纳微半导体稍显特别一开始从消费领域做起,占有了最大的市场。在未来5年计划中,服务器是纳微半导体的第二步,第三步是工业类,第四步是汽车类。

李铭钊表示,除了在快充市场,纳微半导体在平面电视、游戏机、平板,以及家用太阳能逆变器、汽车OBC/DCDC、数据中心等领域同样为客户实现减碳目标提供了一些很好的价值点。这是其坚持将氮化镓从快充推进到各个领域的极大动力。

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他透露,目前纳微半导体跟国外的汽车零件生产公司已经开始合作,并将与欧洲汽车生产商启动大型项目。

通过占领消费类应用的巨大市场,拉动整个产业链,正是纳微半导体未来GaN市场布局战略规划。

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