你的電源開關設計該考慮用AllGaN功率IC了

你的電源開關設計該考慮用AllGaN功率IC了

本刊記者薛士然

新款筆記本電腦上市的時候，商家總是在宣傳新品的重量又減輕多少，請謹記，這個重量僅僅是裸機的重量，他們從來不會說，全套筆記本裝備減輕多少，因為減輕的那點分量，在整個電腦(裸機加電池、電源適配器)中占的比重實在微不足道。我們個人也有感覺，雖然現在筆記本電腦的自重已經很輕了，但是如果加上電池和電源適配器，分量一下就增大很多，出差時攜帶很不方便。

大家可能要說，既然電池受容量限制，不可能做到太小，那就把電源適配器的重量降下來。其實，你能想到的商家早就想到了，只是難以實現。不過，從現在起，這種情況很快就會得到改變，因為Navitas(納微半導體)的AllGaN功率IC來了！

Navitas成立于2014年，是世界首個且唯一的GaN功率IC企業。Navitas源自拉丁語“能源”，可見，企業的定位就是要圍繞電源做產品。

近日，Navitas發布了新產品AllGaN功率IC，其可以大大降低筆記本電腦電源適配器的重量。據Navitas共同創始人兼首席執行官Gene Sheridan介紹，與硅類功率器件開關速率和能源效率成反比不同，GaN功率IC在提高開關速率的同時，效率不僅沒有降低，還有略微提高。這是因為與傳統硅類功率器件相比，基于GaN的功率器件具有導通電阻低和能夠進行高頻操作等特性，這些特性恰恰有利于提高電源單元轉換效率，并使電源單元更加緊湊，所以通過GaN功率IC就可以同時獲得無與倫比的速率和效率。

世界首款AllGaN功率IC

單片式GaN功率IC內包含了高壓GaN功率FET和整合式GaN門級驅動器，為5 mm×6 mm QFN封裝；半橋式GaN功率IC內包含了2個GaN 功率FET和2個GaN門級驅動器，為6 mm×8 mm QFN封裝。

用GaN功率IC設計的65 W USB-PD筆記本電腦電源適配器參考設計采用有源鉗位反激拓撲結構，開關速度比典型的轉換器設計快3～4倍，損耗降低了40%，實現了更小的尺寸和更低的成本，并且該設計完全符合歐盟CoC Tier2及美國能源部6級(DoE VI)所規范的能效標準，更可以在滿負載下實現超過94%的最高尖峰效率。

如果筆記本電源適配器選用硅類功率器件，尺寸大約為6～7英寸，重量大約為300 g，但如果采用AllGaN功率IC，65 W的新設計體積僅為2.7英寸，重量僅為60 g，因為AllGaN功率IC可以縮小變壓器、濾波器和散熱器的尺寸。

除此之外，如果使用其他GaN功率器件，設計中還需要許多元器件、復雜的電路，而使用AllGaN功率IC，則可以省去很多驅動部分設計，更易于使用。

應用不僅限于消費電子

據Gene Sheridan介紹，雖然采用AllGaN功率IC做的Demo是用于筆記本電腦電源適配器的，但是其應用并非僅僅限于此，主要前期應用從消費電子開始，因為GaN屬于新技術材料，前期成本相對來說比較高，如果消費電子行業可以接受，那么再推廣到其他應用領域(比如工業控制、汽車電子等)，難度就會小很多。總之，凡是使用電源開關的應用都可以使用此器件。

在談到SiC類和GaN類兩種材料的功率器件時，Gene Sheridan這樣解釋，兩者的共同點是開關速度都非常快，區別在于SiC類功率IC適用于高壓應用，比如火車、風力發電等應用，而GaN類功率IC更適合于高壓以外的應用，所以二者針對的市場是有區別的。

目前，產能不足是電子行業的一大困擾。Gene Sheridan強調，Navitas擁有強大的制造合作伙伴，AllGaN功率IC采用GaN-on-Si晶圓的標準CMOS工藝，裝配采用標準工藝及設備的標準QFN封裝，所以產能是有保障的，GaN epi反應器只需要6個月的交貨時間，高速最終測試儀僅僅需要3個月的交貨時間。

Gene Sheridan表示：采用AllGaN功率IC做設計，對于工程師來說是在采用一種新材料做一個新的高頻產品設計。未來，Navitas會做出更多的Demo，為工程師提供設計參考，幫助他們更好地完成設計。

筆者看到了65 W USB-PD筆記本電腦電源適配器的Demo板，體積大概是現在常見產品的五分之一，非常小巧。對于體積、功耗、成本都有所降低的電源適配器，相信無論是公司還是消費者，都會歡迎的。