氮化镓新动态：传感器融入芯片、导通电阻大幅下降

电子发烧友网报道（文、李诚）氮化镓和碳化硅一样，不断地挑战着硅基材料的物理极限，多用于电力电子、微波射频领域，在电力电子的应用中，氮化镓的禁带宽度是硅基材料的3倍，同时反向击穿电压是硅基材料的10倍，与同等电压等级的硅基材料相比，氮化硅的导通电阻更低，电源开关损耗也更低，电能的转换效率也有所提升。在微波射频领域，由于氮化镓在电场下具有较高的电子速度，因此电流密度较高，加之氮化镓又具有耐高压的特性。因此，在微波射频领域中使用氮化镓对RF功率的输出有着巨大的优势。

氮化镓在消费类电子领域的优势尤为突出，凭借着氮化镓耐高压、转换率高、导通损耗小的特点迅速占领了消费类电子的快充市场。今年10月，氮化镓快充市场迎来了一位重磅玩家，苹果发布了首款氮化镓PD 140W的电源适配器，可见氮化镓对快充的重要性。10月26日，据TrendForce预计，至2025年GaN 在整体快充领域的市场渗透率将达到 52%。

图源：纳微

纳微半导体

纳微是一家专注于氮化镓功率芯片开发的企业，仅凭单一的品类迅速在氮化镓功率器件领域迅速立足，打响了产品的知名度。纳微用了7年时间，迅速将一个初创公司打造成了市值10亿美元的上市企业。凭借其高性能的芯片，以及严格的产品生产质量把控，截至今年11月，纳微氮化镓功率芯片出货量已达3500万颗以上，产品失效率和不良率均为0，同时还占领了全球氮化镓芯片市场30%以上的出货量。

图源：纳微

近日，纳微发布了一款采用了GaNSense技术的氮化镓功率芯片。本次发布的新品是将电路感知技术加入到氮化镓功率芯片中，是业界内首款集成了智能感知技术的氮化镓功率芯片。通过传感器与芯片的融合，让电路的保护功能也朝着智能化发展，保证了系统的安全与稳定。

图源：纳微

纳微的GaNSense技术类似于汽车的BMS系统，就是对系统电流、温度等数据精准、快速的实时监控，当芯片通过数据监测，发现系统有潜在风险时，芯片会快速进入关断状态，保护了芯片的同时还保护了外围电路，避免对系统造成不可逆转的损害，进而降低了电路调试的成本，也保证了成品设备的使用安全性。值得一提的是通过纳微的GaNSense技术，可以做到实时无损的电流感知，该技术目前正处于专利申请阶段。

使用了GaNSense技术的氮化镓芯片在功耗方面，系统能耗与早期产品相比，节能效果提升了10%。通过智能感应技术，芯片能够根据实际情况，自由切换工作模式与空闲模式，并降低空闲模式的待机功耗。

在系统保护方面，通过GaNSense技术，对电流、电压检测的速度提升了50%，且降低了50%的尖峰电流。同时，可实现30ns内完成系统检测和系统保护的操作，与传统氮化镓的保护响应速度相比提升了6倍。

在产品方面，纳微推出了多个基于新一代GaNSense技术不同型号的氮化镓功率芯片，这些芯片内部都集成了氮化镓的驱动器，简化了PCB的布局。产品的电压等级主要集中在650V和800V，芯片的开关导通电阻在120mΩ至450mΩ之间，较低的开关导通电阻，降低了系统的开关损耗。纳微新一代氮化镓芯片提供了HFQR、ACF、PFC三种电路拓扑方式，可满足不同输出功率应用的需求，提升产品的覆盖率。

镓未来科技

镓未来，是一家成立仅有一年的氮化镓器件开发企业，致力于为终端厂商提供30W至10kW氮化镓解决方案。该公司的氮化镓器件的特色，是在于将传统硅基器件的易用性和氮化镓高频、高效、低损耗的特点结合起来，从而提高产品的功率密度。

 
图源：镓未来

在消费类电子方面，如今，PD3.1协议和Type-C标准已经发布，消费类电子的电源适配器输出功率已经提升至240W，作为新势力的镓未来也紧跟市场发展的动向，发布并量产可应用于输出功率为240W电源适配器的氮化镓功率器件G1N65R150xx系列，可实现最高95.9%转换效率。

镓未来G1N65R150xx系列功率器件，最大的亮点在于仅有150mΩ的开关导通电阻，开关导通电阻的阻值对于开关电源来说意义重大，开关导通阻值越大，系统损耗也越大，系统效率自然会有所降低。镓未来150mΩ的氮化镓功率器件，领先了业内很多产品，大幅的降低了系统的导通损耗，从而提高电源的输出功率。

为降低系统导通损耗，镓未来通过独有的工艺技术，为G1N65R150xx系列产品的动态电阻进行了优化，产品在25℃至150℃的温升实验中，产品的动态导通电阻变化仅提升了50%。避免了因长时间处于运行状态，导通电阻过高，系统导通损耗过大，系统效率降低的问题。

由于该器件内部并未集成驱动器，所以，镓未来在进行产品设计时就已经考虑到了驱动芯片电压兼容的问题。目前，氮化镓驱动芯片的驱动电压覆盖范围较宽，有几伏至十多伏不等。镓未来为提升产品与其他驱动芯片的适配性，将栅极耐压值调至20V，从而降低了驱动芯片的使用的局限性。

结语

氮化镓功率器件凭借高频、高效等特性，在开关电源行业备受追捧，也成为了消费类电子电源行业主要的发展方向。如今，很多氮化镓晶圆厂商也在不断提高晶圆的制造良率，增设产线，在不久的未来，氮化镓的价格很有可能会大幅下降，从而让氮化镓快充的价格更容易的被百姓所接受。