第三代半導體氮化鎵65W快充芯片已經(jīng)成為行業(yè)主流？

氮化鎵（GaN）功率芯片將多個電力電子功能集成到一顆GaN芯片中，可有效提高產(chǎn)品充電速度、效率、可靠性和成本效益。在很多情況下，GaN功率芯片可以使先進的功率轉(zhuǎn)換拓撲從學術(shù)概念和理論達到行業(yè)標準，并成為量產(chǎn)設(shè)計的催化劑。GaN芯片是提高整個系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，關(guān)鍵是要打造出接近“理想開關(guān)”的電路元件。

Keep Tops 氮化鎵屬于耗盡型GaN(Depletion-Mode,D-mode)，在內(nèi)部集成串聯(lián)了一個低壓增強型N溝道MOS實現(xiàn)常關(guān)，通過控制串聯(lián)的N溝道MOS來實現(xiàn)開關(guān)，行業(yè)內(nèi)一般采用的是級聯(lián)(Cascode)結(jié)構(gòu)，也稱為共源共柵型；Cascode結(jié)構(gòu)其驅(qū)動兼容傳統(tǒng)N溝道MOS 控制器，相比于增強型氮化鎵，無需對電路重新設(shè)計，同時保留了氮化鎵低開關(guān)損耗以及低壓N溝道MOS的低柵極電荷等優(yōu)勢。對于可高達1 MHz開關(guān)頻率的操作，Cascode結(jié)構(gòu)的GaN最為適合。下圖所示的Direct-drive，串聯(lián)低壓Si MOS且集成負壓驅(qū)動，可以直接驅(qū)動。耗盡型氮化鎵能夠使用為硅MOS而設(shè)計的控制器，更容易實現(xiàn)大功率應(yīng)用設(shè)計。

半橋電路是電力電子行業(yè)的基本拓撲，適用于從智能手機充電器到電動汽車的所有領(lǐng)域。高頻開關(guān)可以縮小磁性元件和其他無源元件的尺寸，從而顯著降低成本和重量，同時提供更快的充電體驗。然而，在半橋電路中以如此高的頻率向浮動高側(cè)開關(guān)提供功率和信號在業(yè)界是無法實現(xiàn)的。由于硅器件的開關(guān)速度慢、驅(qū)動器和 FET 之間的寄生阻抗、高電容硅 FET 以及性能較差的轉(zhuǎn)換器/隔離器，因此硅器件無法實現(xiàn)更高的頻率。 GaN 半橋功率 IC 包含關(guān)鍵的驅(qū)動、邏輯、保護和電源功能，消除了與傳統(tǒng)半橋解決方案相關(guān)的能量損失、高成本和設(shè)計復(fù)雜性。

Keep Tops推出的全球首款氮化鎵功率芯片可同時提供高頻和高效率，實現(xiàn)電力電子領(lǐng)域的高速革命，使充電器的充電速度提高了三倍，但尺寸和重量僅為傳統(tǒng)硅設(shè)備充電器的一半。或者在不增加尺寸或重量的情況下將充電器的充電功率提高3倍。

氮化鎵有什么好處？

我們將這種材料技術(shù)帶來的優(yōu)勢解讀為產(chǎn)品和行業(yè)兩個層面。

對于產(chǎn)品：在電力電子領(lǐng)域，基于GaN材料的功率器件具有更高的功率密度輸出和更高的能量轉(zhuǎn)換效率。 此外，系統(tǒng)可以小型化、輕量化，有效減小電力電子器件的體積和重量，從而大大降低系統(tǒng)制造和生產(chǎn)成本。對于行業(yè)而言：相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在低壓市場，GaN的應(yīng)用潛力甚至可以占據(jù)整個電力市場的68%左右。

審核編輯 黃宇