氮化鎵技術背景
隨著智能手機的進步並提供更多功能，隨著手機屏幕、處理器、網絡、無線連接和數據訪問的改進，能耗也隨之增加。
在快速充電技術不斷升級的過程中，從其基礎材料來看，傳統矽（Si）器件和氮化鎵器件的充電效率已經出現分歧。與傳統矽相比，氮化鎵的技術價值在於它可以實現更高的開關頻率，從而減少許多被動元件的體積，實現更高的功率密度和高效率。
在商用領域，小米在"小米10"和"小米10 Pro"發布的65W氮化鎵充電器採用納微GaNFast電源IC，不僅充電效率高、體積小、便攜，智能手機用戶還可以為筆記本電腦充電。此外，過去一年，倍思和納微推出了多款中大功率充電器產品，均已實現量產，量產意味著整個產品的可靠性、EMI和可製造性的設計規範 也得到了提升。
氮化鎵的優勢
GaN的主要優勢包括相同芯片尺寸的低R DS(ON)；無反向恢復損失；低柵極驅動電荷 Qg，低驅動損耗，小寄生結電容 C OSS，電容損耗低；切換速度快等特點。
值得注意的是，當GaN器件關斷時，它也可以反向傳導。對於 650V Navitas GaN，V SD的典型值 僅為 3.5V，反向傳導中的Q rr損耗為零。
GaN集成IC介紹
說到功率氮化鎵（GaN）的技術，首先要了解的是氮化鎵的物理材料特性。其高電壓、高頻率、耐溫等方面遠遠優於矽的特性。市場上的 GaN 器件可分為兩種類型，現代主流版本使用增強型 (eMode) FET 開關，也有一些傳統耗盡型 (dMode) 產品可用。
兩種GaN器件——eMode和dMode——的優缺點主要從開關頻率、管芯封裝和dV/dt控制等多個角度進行比較。
納微推出了全球首款功率芯片，包括模擬柵極驅動器和數位邏輯電路，並結合氮化鎵功率開關（FET），可提供高達40 MHz的開關頻率，實現超過功率密度是矽驅動系統的 5 倍。由於其結構簡單，系統成本可降低20%。
同時，納微GaN功率IC從2018年第一季度開始量產，客戶產品已經量產兩年多。
此外，納微GaN功率IC的集成驅動特性如下圖所示：
不僅如此，除了單片GaN功率IC，納微還推出了一系列半橋GaN功率IC產品，包括兩個GaN功率場效應管、兩個GaN驅動器、信號和電源自舉線等。 GaN 電源 IC 可以實現穩定、無過衝的輸出。
GaN提升開關電源性能
GaN 能夠提高開關電源性能的最重要方式是它可以顯著降低開關過程中的損耗。
GaN的開通損耗比Si低85%，關斷損耗低95%。這意味著隨著開關頻率的增加，實際開關損耗大大降低。但是，如果開關頻率很高，導通損耗就不能忽略，需要加一個軟開關。
回顧 GaN 和 Si 與頻率的關係，很明顯 GAN 是高頻軟開關應用的最佳解決方案。
高頻 GaN 設計說明
關於GaN高頻開關電源的設計挑戰，主要集中在變壓器和EMI兩部分。
對於高頻變壓器，首先看線材選擇。基於嚴重的粘連和鄰近效應，200k以上的線圈最好使用0.05-0.08mm的利茲（絞線）線。其次，對於鐵損而言，主要影響因素包括電流波形、佔空比、磁通量和直流偏置。
在目前的市場上，各個磁性公司都推出了高頻磁芯。“我們希望建立一個更好的生態系統，利茲線或磁芯可以成為供應商的共享資源。
最後，我們將討論高頻GaN電源EMI的相關建議，主要是開關頻率和振鈴對噪聲源的影響。此外，高dV/dt和di/dt使空間耦合更重，從而對開關電源的設計要求更高。
針對這些問題，納微提出的EMI對策是在高頻時差模轉角頻率增加，但可以降低所需的差模電感；而共模主要依靠變壓器共模電流消除技術。
例如，從原邊開關波形V DS噪聲源可以看出，共模電流通過原邊和副邊寄生電容從原邊耦合到副邊。還有更多需要注意的問題，其中共模電流抵消採用屏蔽平衡原理，結合輔助繞組、屏蔽層等。匝數和線寬取決於系統參數，如瞬態電壓分佈和絕緣層厚度，可微調達到最佳值。
[有關使用 Navitas GaNFast 電源 IC 進行設計的更多信息，請參閱www.navitassemi.com上的應用筆記、技術文章和器件數據表。）
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