GaN功率IC实现了世界上最小的笔电电源适配器，纳微半导体抢先了

同事张小姐是一位肩周炎患者，但工作性质决定她必须每日外出拜访客户，于是听到她最多的抱怨便是电脑太重，事实上除了电脑之外，电源适配器“功不可没”，相信很多人和张小姐一样有同感，走路累的时候恨不得把电脑一块儿扔了。目前市场上笔电外观轻薄化已成为发展趋势，但电源适配器的发展并没有与笔记本同步，然而如何将电源适配器设计小型化、高效化，且低成本？当下最值得思考的问题，被这家GaN功率IC企业－纳微半导体抢先解决了。

近日纳微半导体宣布推出至今世界上最小的65W USB-PD (Type-C) 电源适配器参考设计。这种高频及高效的AllGaN™功率IC相比传统硅IC可缩小变压器、滤波器和散热器的尺寸、减轻重量和降低成本。为电源设计，以及用户都带来了极大的方便。

纳微半导体销售和营销副总裁Stephen Oliver表示：“笔记本电脑的电源适配器终于和它所充电的笔记型电脑一样变得轻薄细小，并且价格实惠。电源的设计人员面临几个相冲突的业界挑战，从新的USB Type C连接和USB PD (电力输送) 的输出是否符合法定的能效标准，一直到成本等相关问题。纳微的单芯片GaN功率IC可同时达到高速运作及高效率，其设计的方案满足所有这些挑战；与旧式慢速基于硅的半导体设计相比，成本相近甚至更低。”

应需而生的GaN功率IC

Stephen解释说，速率与效率是电源设计中两个至关重要的参数，至今常用的半导体材料有硅、SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓），采用硅材料可以使得芯片体积小、重量轻、成本低，而SiC仅可以提高效率节省能源，两者不能兼得，事实证明只有通过GaN功率IC才可以做到无与伦比的速率和效率。另外，从功率电子的发展来看，至1975年线性稳压器到1985年开关稳压器发展的十年间，功率器件的尺寸减小5倍，而在1985年到2015年这三十年间，尺寸和效率都没有得到很大的改变，此后GaN功率IC诞生，预计在未来十年，功率器件的尺寸将减少3－5倍左右，效率也将提升到95－99％，因此这种新材料的应用将会为整个行业带来极大的变化。

世界上第一个ALLGaN功率单芯片IC

世界上第一个ALLGaN功率IC，可提供高达40MHz开关速度、密度高达5倍，与硅驱动的GaN功率IC相比，因其结构简单，系统成本可降低20％。

下图，纳微半导体CEO Gene Sheridan 为大家做进一步的解释：

图1： 单片集成GaN功率IC对比硅器件

以开关为例，在650Ｖ下的单片式集成产品里，纳微的单片式GaN功率IC，因考虑到成本，采用5＊6mm标准封装；内置驱动，可在高压信号输入时，轻松实现功率转换。与硅器件对比，其在开关速度达到1Ｍ左右，电压为500Ｖ时，完全没有开关损耗，ＥＭＩ性能也做到最好，而硅器件电压上升速度很快，会有阴影。

图2： 半桥GaN功率IC对比硅器件

纳微半导体另一个系列半桥GaN功率IC产品，采用6x8mmQFN封装，两个GaN功率FET，两个GaN驱动器等，可以从上图看出，半桥 GaN功率IC基本上可以实现稳定、无过冲的信号输出。

Ｇene强调说，由于其他GaN需要许多元器件，产生复杂的电路，包括隔离电源、隔离驱动、稳压器等，而ALLGaN将除控制芯片以为的多个元器件做了集成，将复杂的电路简单化，易于使用。

图3： 其它ＧaN需要复杂的驱动


图4： 纳微半导体ＧaN功率IC简单的结构设计

GaN功率IC实现全球最小的65W USB-PD 手提电脑电源适配器

据Stephen先生介绍，这款以新材料GaN功率IC设计的NVE028A方案可现实世界上最小的65W USB-PD 手提电脑电源适配器。其体积和重量相比传统硅设计缩小五倍；采用有源钳位反激(ACF) 拓扑结构，简单的结构使得设计和制造成本大大减少，从而实现更小的尺寸和更低的成本，开关速度比典型的转换器设计快了3至4倍，损耗降低40%。值得一提的是，在满负载下可实现超过94%的最高尖峰效率，无需散热片即可满足客户外壳≤50℃的规范要求。该设计完全符合欧盟CoC Tier 2及美国能源部6级 (DoE VI) 所规范的能效标准。

图5：纳微半导体GaN功率IC 实现了最小的65W USB-PD手提电脑电源适配器方案

以下为此款方案的详细数据：

输入 : 通用AC (85-265V^AC, 47-63Hz)
输出 : USB-PD (5-20V) (65W)

初级 : GaN 功率IC (160mΩ, 110mΩ)
频率 : ~300 kHz
体积 : 38 x 46 x 15.5 mm = 27 cc 无外壳
43 x 51 x 20.5 mm = 45 cc带有2.5 mm 外壳
功率密度 : 2.4 W/cc (39 W/in3) 无外壳1.5 W/cc (24 W/in3) 有外壳
结构 : 4-layer, 2-oz Cu PCB, SMT 动力传送“无散热片” 设计

图6： 65W USB-PD手提电脑电源适配器样品


图7： 65W USB-PD手提电脑电源适配器效率提升图

据Stephen先生说，明年一季度用户就可以购买到采用此芯片设计的产品，至于是哪个品牌，Stephen并没有透露。

纳微半导体一家有想法的公司

今年3月份笔者就曾拜访过纳微半导体CEO Gene Sheridan先生，可以说那个时候，纳微正是在对中国市场探索的阶段，但Gene早已看好中国市场的重要性，更是不辞辛苦来往于中国与美国之间。对于半导体公司来讲，2014年成立的纳微可谓是青春年少，但就是这样一家刚刚起步的公司可能会给整个行业带来技术革新。纳微半导体英文为“Navitas”，懂拉丁语的小伙伴不难看出，这是一诞生就自带“能量”的节凑（Navitas在拉丁语译为“能源”的意思）。重点是GaN功率IC至今纳微是全球第一家设计研发，便以每年创造超过40亿的功率半导体销售额奔跑在路上。其背后管理团队均有着深厚的功率半导体行业经验，顺便提一下纳微背后的投资人可是管理着超过10亿的资产。

三年来，纳微半导体更是实现了多个第一，比如：
●首个cascode GaN 功率FET的联合开发者
●首个高用平台MOSFET的共同发明者
●发明首个集成式驱动器+ 功率FET
●首个大电压功率IC发明者,用于电压调节器、半桥驱动器和LED 驱动器
首个p沟道功率MOSFET的联合发明者
首个GaN功率IC发明者