数据中心是GaN的下一个大市场

GaN技术的集成将允许您拥有下一个更小的具有更大功率的充电器。Gano Navitas宣布全面采用Gano半导体公司™功率集成电路使生产超薄50W快速电池充电器成为可能。

新的充电器尺寸为82 x 39 x 10.5毫米，重量仅为60克。迷你充电器通过OPPO首创的SuperVOOC快速充电协议或USB-C可编程电源（PPS）规格提供50W。它是一款灵活的设备，能够为智能手机、平板电脑和小型笔记本电脑充电。

OPPO首席充电技术科学家张嘉良（Jeff）ZHANG说：“使用氮化镓设备管理超高频电源解决方案是多年来每个人的梦想，这项技术将引发电源领域的一场革命。”

“我们今年将引进新一代的氮化镓技术，继续整合更多功能。它不仅仅是一个功率晶体管，我们将模拟、逻辑和功率集成在一个芯片上，随着集成度的提高，这实际上使我们能够更快地切换并获得更好的成本，当然，简化和缩小了设计的规模。真正改变了与我们的高度集成移动充电器行业。我们已经发布了超过40种不同的产品。 Navitas半导体首席执行官吉恩·谢里丹（Gene Sheridan）说：“OPPO发布了一项最惊人的公告，这款充电器体积仅为36立方厘米，比上一代产品缩小了约70%至80%——这是一项非凡的技术成就。”。

GaN与Si

硅的使用频率被限制在100千赫左右，再往上热量就会随之增大，复杂性和难以控制的成本。还有低频磁场的问题，它不够快，当你试图以这个速度驾驶时，它们会变得太慢。

许多人使用“硬开关”拓扑，这种拓扑会引入大量的开关损耗，当你增加频率时，由于寄生电感的增加，效率会下降。此外，旧的拓扑结构和传统的控制IC运行速度不够快。因此，第一步是通过GaN技术解决开关问题。

历史上，实现的第一个GaN器件是“耗尽模式”（dMode），一个常开的器件，但这意味着需要一个额外的Si开关与GaN开关串联。

早期的“增强模式”（eMode）通常关闭的设备有一个暴露的和脆弱的栅极，所以电压控制意味着复杂和昂贵的驱动电路，以避免不稳定的行为。

Navitas的GaNFast解决方案包括一个GaN开关——场效应晶体管（FET）——与GaN功率器件集成在同一芯片上的整体集成模拟驱动电路和数字逻辑电路。

Navitas的GaN器件可以工作在40兆赫，用于学术研究。对于商业平台，完全集成的GaN Fast功率IC的额定频率为2 MHz，是现有控制器速度的两倍。高速运行可显著降低快速充电系统的功率转换规模和成本。

GaN和集成控制解决方案的使用导致极低的传播延迟。“因为我们在芯片上集成了驱动器，所以栅源关闭回路中的电感为零。“我们可以很好地控制这个装置，并在最高电压‘转换速率’速度（dV/dt）高达每纳秒200伏的条件下保持关闭，”吉恩说。

当设计师试图缩小充电器的尺寸时，热密度（或简单的“热”）可能是个问题。“新的NV612x系列提供了10-15°C的温度降低和先进的冷却垫，以改善热接口的印刷电路板，并提供一个直接的电气连接系统接地，”吉恩说。

这个解决方案帮助设计师超越所有的热规范和机构标准。它不仅用于智能手机的电源解决方案，还用于笔记本电脑、电视等。

几周前，联想（Lenovo）和 Navitas半导体（Navitas）宣布推出迄今为止为Legion e-sports设计的最快、最强大的充电器。使用GaNFast电源的快速充电器已经投入批量生产，并且每一部Legion手机都在“盒装”中提供。

“下一代氮化镓（GaN）技术使90W双USB-C输出充电器的功率增加40%，充电速度比以前同类最佳硬件快25%。“充电器的速度相当于电子竞技手机的处理能力，”吉恩说。

用于新电源的GaN

氮化镓的工作速度比老式的慢硅快20倍，功率是原来的三倍，因此产品的充电速度高达3倍，但体积和重量只有原来的一半。 Navitas的GaN Fast功率集成电路在晶圆级的同一芯片上集成了GaN电源、模拟和逻辑电路，并利用这种集成实现了高速操作。

传统上，对于大多数GaN晶体管来说，如何驱动和保护它们仍然是个问题。它们是惊人的快速和高效的晶体管，但如果因为驱动和保护敏感栅极的需要而降低速度或增加成本和复杂性，这就真的扼杀了价值主张。GaN的可靠性已经得到证明，我认为EPC、Transphorm和 Navitas在这方面做得很好。这些公司正在向全世界展示这些事情已经解决了。吉恩说：“特别是在氮化镓功率方面，我看到集成的驱动和保护功能正在驱动性能、更高频率、更高效率和更低的成本。”

当今电子产品的低开关频率意味着体积大、重量重、价格昂贵的磁性元件、电容器和储能元件。如果这些频率可以增加，设备可以变得更小、更轻、成本更低。然而，今天的硅基电子器件不允许这样做，并且被限制在几十千赫兹（kHz）的范围内。

对于50W的Mini SuperVOOC，GaNFast solutions将电源拓扑指向“脉冲式”有源箝位反激（ACF），它可以承受较宽的输入电压范围，同时保持恒定的输出为手机电池充电。这使得设计者可以从系统中移除电解“大容量电容器”，它可以占到总容量的40%。

此外，高度超过20mm的传统50kHz“绕线式”变压器可替换为新型800kHz高速、轻型、平面变压器，外形尺寸为8mm。

下一个需要关注的市场是无线充电和数据中心。数据中心继续充斥着大量的数据，而电力消耗与之成正比。因此，正确的电源管理是至关重要的。

“旧的硅芯片在数据中心，造成了热耗和功耗问题。因此，我们认为数据中心是GaN的下一个大市场，同样在电力需求也很高的电动汽车领域。我们对这些机会感到非常兴奋。我们在易操作性和数据中心方面正在进行合作，以提高30%的能源效率，这意味着将有30%的能量供应给处理器或电池，而不是以热量的形式浪费掉。
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