你的電源開關(guān)設(shè)計(jì)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(shí)候，商家總是在宣傳新品的重量又減輕多少，請(qǐng)謹(jǐn)記，這個(gè)重量?jī)H僅是裸機(jī)的重量，他們從來(lái)不會(huì)說(shuō)，全套筆記本裝備減輕多少，因?yàn)闇p輕的那點(diǎn)分量，在整個(gè)電腦(裸機(jī)加電池、電源適配器)中占的比重實(shí)在微不足道。我們個(gè)人也有感覺，雖然現(xiàn)在筆記本電腦的自重已經(jīng)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(shí)攜帶很不方便。

大家可能要說(shuō)，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(lái)。其實(shí)，你能想到的商家早就想到了，只是難以實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，從現(xiàn)在起，這種情況很快就會(huì)得到改變，因?yàn)镹avitas(納微半導(dǎo)體)的AllGaN功率IC來(lái)了！

Navitas成立于2014年，是世界首個(gè)且唯一的GaN功率IC企業(yè)。Navitas源自拉丁語(yǔ)“能源”，可見，企業(yè)的定位就是要圍繞電源做產(chǎn)品。

近日，Navitas發(fā)布了新產(chǎn)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(jù)Navitas共同創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Gene Sheridan介紹，與硅類功率器件開關(guān)速率和能源效率成反比不同，GaN功率IC在提高開關(guān)速率的同時(shí)，效率不僅沒有降低，還有略微提高。這是因?yàn)榕c傳統(tǒng)硅類功率器件相比，基于GaN的功率器件具有導(dǎo)通電阻低和能夠進(jìn)行高頻操作等特性，這些特性恰恰有利于提高電源單元轉(zhuǎn)換效率，并使電源單元更加緊湊，所以通過(guò)GaN功率IC就可以同時(shí)獲得無(wú)與倫比的速率和效率。

世界首款A(yù)llGaN功率IC

單片式GaN功率IC內(nèi)包含了高壓GaN功率FET和整合式GaN門級(jí)驅(qū)動(dòng)器，為5 mm×6 mm QFN封裝；半橋式GaN功率IC內(nèi)包含了2個(gè)GaN 功率FET和2個(gè)GaN門級(jí)驅(qū)動(dòng)器，為6 mm×8 mm QFN封裝。

用GaN功率IC設(shè)計(jì)的65 W USB-PD筆記本電腦電源適配器參考設(shè)計(jì)采用有源鉗位反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開關(guān)速度比典型的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)快3～4倍，損耗降低了40%，實(shí)現(xiàn)了更小的尺寸和更低的成本，并且該設(shè)計(jì)完全符合歐盟CoC Tier2及美國(guó)能源部6級(jí)(DoE VI)所規(guī)范的能效標(biāo)準(zhǔn)，更可以在滿負(fù)載下實(shí)現(xiàn)超過(guò)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(shè)計(jì)體積僅為2.7英寸，重量?jī)H為60 g，因?yàn)锳llGaN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(shè)計(jì)中還需要許多元器件、復(fù)雜的電路，而使用AllGaN功率IC，則可以省去很多驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)，更易于使用。

應(yīng)用不僅限于消費(fèi)電子

據(jù)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(yīng)用并非僅僅限于此，主要前期應(yīng)用從消費(fèi)電子開始，因?yàn)镚aN屬于新技術(shù)材料，前期成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，如果消費(fèi)電子行業(yè)可以接受，那么再推廣到其他應(yīng)用領(lǐng)域(比如工業(yè)控制、汽車電子等)，難度就會(huì)小很多?？傊?，凡是使用電源開關(guān)的應(yīng)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(shí)，Gene Sheridan這樣解釋，兩者的共同點(diǎn)是開關(guān)速度都非常快，區(qū)別在于SiC類功率IC適用于高壓應(yīng)用，比如火車、風(fēng)力發(fā)電等應(yīng)用，而GaN類功率IC更適合于高壓以外的應(yīng)用，所以二者針對(duì)的市場(chǎng)是有區(qū)別的。

目前，產(chǎn)能不足是電子行業(yè)的一大困擾。Gene Sheridan強(qiáng)調(diào)，Navitas擁有強(qiáng)大的制造合作伙伴，AllGaN功率IC采用GaN-on-Si晶圓的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，裝配采用標(biāo)準(zhǔn)工藝及設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)QFN封裝，所以產(chǎn)能是有保障的，GaN epi反應(yīng)器只需要6個(gè)月的交貨時(shí)間，高速最終測(cè)試儀僅僅需要3個(gè)月的交貨時(shí)間。

Gene Sheridan表示：采用AllGaN功率IC做設(shè)計(jì)，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是在采用一種新材料做一個(gè)新的高頻產(chǎn)品設(shè)計(jì)。未來(lái)，Navitas會(huì)做出更多的Demo，為工程師提供設(shè)計(jì)參考，幫助他們更好地完成設(shè)計(jì)。

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(xiàn)在常見產(chǎn)品的五分之一，非常小巧。對(duì)于體積、功耗、成本都有所降低的電源適配器，相信無(wú)論是公司還是消費(fèi)者，都會(huì)歡迎的。