Navitas的集成GaN解決方案（GaNFast）通過提供五倍的功率密度，節(jié)省40％的能源和20％的生產(chǎn)成本，使充電系統(tǒng)的運行速度比傳統(tǒng)硅組件快100倍。例如，您可以更快地為智能手機充電。

功率氮化鎵（GaN）于2018年中后期在售后市場中最初被市場采用，采用的是Anker，Aukey和RAVpower的24至65瓦充電器。在2019年，我們看到了更多的配件版本，現(xiàn)在三星，Verizon，Oppo和Asus / Nvidia等OEM的“箱內(nèi)”使用功率從27瓦降至300瓦，已出貨數(shù)百萬臺。

GaN是一種新生產(chǎn)的半導體，預計在未來幾年中將在許多應用中取代硅，而電池充電是第一個證明這種應用的大批量市場。如今，用于電子產(chǎn)品的大多數(shù)充電器都使用硅晶體管，多年來，這一直是效率和尺寸的最佳解決方案。硅正在逐漸達到其物理極限，特別是在功率密度方面。這反過來限制了配備硅功率組件的設備的緊湊程度。在非常高的電壓，溫度和開關(guān)頻率下，GaN與硅相比具有優(yōu)越的性能，因此可顯著提高能源效率。

圖1：2007-2019年智能手機的屏幕尺寸（cm2）和電池容量（mAhr）

對具有更大屏幕和5G功能的功能更強大的智能手機，平板電腦和筆記本電腦的持續(xù)需求，為下一代AC適配器市場提供了廣闊的市場，這些AC適配器可為越來越大的鋰離子電池快速充電（圖1）。

隨著硅功率器件被替換為GaN替代品，我們被迫攜帶巨大的電磚和多條電纜來運行我們的器件的日子可能會結(jié)束。我們等待智能手機和筆記本電腦充電的時間可以大大減少，而且令人驚訝的熱充電器可能已成為過去。隨著大量充電器和GaN適配器的批量生產(chǎn)，功率范圍從27W到300W，從電話到無人機的各種供電，移動充電器市場將發(fā)生巨大變化。

“人們希望為他們的移動設備更快地充電，這意味著需要更多的功率，但他們不希望硅適配器的體積大，重量大。手機已從幾年前的僅5瓦充電增加到如今高端，高端手機上的50瓦或更多，而新平臺聲稱達到120瓦。帶有大型笨重充電器的筆記本電腦已經(jīng)具有50至60瓦的功率，而GaN是實現(xiàn)高功率快速充電的絕佳機會，但其體積卻顯著更小，更輕。” Navitas首席執(zhí)行官Gene Sheridan說。

在1990年代對離散GaN以及2000年代對集成GaN進行了多年的學術(shù)研究之后，GaNFast電源集成電路現(xiàn)已成為業(yè)界公認的，具有商業(yè)吸引力的下一代解決方案，可以設計更小，更輕，更快的充電器和電源適配器。

“氮化鎵在600伏特左右非常好，在芯片面積，電路效率和開關(guān)頻率方面明顯優(yōu)于硅，因此在這些壁式充電器中使用GaN替代硅是一個很好的選擇，” Sheridan說。 “軟開關(guān)拓撲與我們的GaN IC的結(jié)合極大地提高了效率。以帶有硅和傳統(tǒng)反激式拓撲結(jié)構(gòu)的移動充電器為例，效率僅為87-89％。采用GaN的軟開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)，我們的研究目標是93-95％?！?

單橋和半橋GaNFast電源IC是650V硅上GaN FET，具有驅(qū)動和邏輯的單片集成，采用四方扁平無引線（QFN）封裝。 GaNFast技術(shù)允許高達10 MHz的開關(guān)頻率，從而允許使用更小，更輕的無源元件。場效應晶體管（FET），驅(qū)動器和邏輯的單片集成創(chuàng)建了易于使用的組成組件，使設計人員能夠創(chuàng)建超快速，超緊湊和超高效的集成動力總成。

集成對于最大限度地減少延遲和消除寄生電感至關(guān)重要，這些寄生電感限制了Si和較早的分立GaN電路的開關(guān)速度。傳播延遲低至5 ns，穩(wěn)健dV / dt高達200 V / ns，傳統(tǒng)的65-100 kHz轉(zhuǎn)換器設計可加速至MHz或更高。這些集成電路以兆赫茲的頻率擴展了傳統(tǒng)拓撲的功能，例如反激式，半橋式，諧振式等，從而實現(xiàn)了革命性項目的商業(yè)化應用（圖2）。

圖2：GaNFast的集成[來源：Navitas]

GaNFast技術(shù)也即將進入世界上最快的筆記本電腦：華碩ProArt StudioBook One。 NVIDIA RTX Studio系統(tǒng)ProArt One是第一款配備NVIDIA Quadro RTX 6000 GPU的筆記本電腦，它基于NVIDIA的ACE參考架構(gòu)。 與NVIDIA合作開發(fā)的新型300W AC-DC設計利用了Navitas的高速GaNFast電源IC電源轉(zhuǎn)換技術(shù)來創(chuàng)建功能強大而輕巧的小型便攜式充電器。

Sheridan表示：“創(chuàng)意人員和其他專業(yè)人員要求具有最高的移動性才能實現(xiàn)最高的計算性能?！?他補充說：“ Navitas的專業(yè)技術(shù)人員與NVIDIA工程設計團隊一起解決了這一挑戰(zhàn)，這是NVIDIA ACE參考設計的一部分，提供了體積小于重量一半的300瓦筆記本電腦適配器?！?

本文編譯自powerelectronicsnews。