氮化鎵快充市場爆(bao)發，這(zhe)6款GaNFET控制芯片火了
2020年氮化鎵快(kuai)充技術的(de)商用正式進入快(kuai)車道，尤其(qi)是隨著數碼產品大功(gong)率快(kuai)充以(yi)及5G時代的(de)到來，氮化鎵技術在消費類電源領域的(de)發展如魚得水，市場容量增速迅(xun)猛。
氮(dan)化鎵(jia)快(kuai)充市場的(de)爆發，帶(dai)來的(de)不僅是功率(lv)器件市場的(de)變革(ge)，同時也促進(jin)了GaNFET控(kong)制技術發展，目前國內外已出現一批有實力的(de)芯(xin)片公司(si)，紛紛推出氮(dan)化鎵(jia)控(kong)制器。
一、氮化鎵控制芯片市場前景
氮(dan)化鎵（gallium nitride，GaN）是下一(yi)代半導(dao)體材料，其運(yun)行速度比舊式(shi)傳(chuan)統硅（Si）技術加(jia)快了二十倍(bei)(bei)，并且(qie)能(neng)夠(gou)實現高出(chu)三(san)倍(bei)(bei)的(de)(de)功(gong)率(lv)，用于(yu)尖端快速充電器產品時，可以實現遠(yuan)遠(yuan)超(chao)過現有產品的(de)(de)性能(neng)，在尺寸(cun)相(xiang)同的(de)(de)情況下，輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)提高了三(san)倍(bei)(bei)。
充電(dian)頭網了解到，當前(qian)消費類電(dian)源(yuan)市場上GaN快充電(dian)源(yuan)主要采(cai)用650V氮(dan)化鎵(jia)功率(lv)(lv)器(qi)件(jian)（GaNFET）作為(wei)功率(lv)(lv)開關(guan)，應(ying)用氮(dan)化鎵(jia)高(gao)頻特(te)性，使得終端快充產品體積(ji)更小，效率(lv)(lv)更高(gao)。
隨著技(ji)(ji)術的成熟，目(mu)前全球范圍內能提供(gong)650V GaNFET的供(gong)應商有PI、納微、英諾賽科、transphorm、GaNsystems、氮(dan)矽科技(ji)(ji)、艾美創、芯(xin)冠科技(ji)(ji)、未來(lai)芯(xin)科技(ji)(ji)、鴻鎵(jia)科技(ji)(ji)等。同時，據中信(xin)證(zheng)券(quan)研究報告顯(xian)示，三安光電、聞泰科技(ji)(ji)、士蘭(lan)微、華潤微、海特高新、華微電子、揚(yang)杰科技(ji)(ji)等在內的多家公司(si)均(jun)已積極布局(ju)第(di)三代半(ban)導體。預計2025年全球GaN快(kuai)充市(shi)場規(gui)模有將達(da)到(dao)600多億元。
而相比(bi)氮化(hua)鎵功率器件的(de)(de)增長速度(du)，同樣應用于氮化(hua)鎵快充的(de)(de)控制(zhi)芯(xin)片就成(cheng)了薄弱的(de)(de)環節，目(mu)前市(shi)面上(shang)已經量(liang)產商用的(de)(de)氮化(hua)鎵快充控制(zhi)器供應商僅有(you)PI、安(an)森美、TI三家，電源廠(chang)商的(de)(de)選擇余地十分(fen)有(you)限，同時也蘊藏著(zhu)巨大的(de)(de)商機。
二、氮化鎵快充控制芯片設計技術難點
得益于(yu)氮化(hua)鎵(jia)(jia)器(qi)件(jian)比傳統的硅器(qi)件(jian)的開(kai)關速度更快、通(tong)態電阻（RDS-on）低、驅(qu)動損耗(hao)更小(xiao)，在小(xiao)型化(hua)電源等需(xu)要更高頻率的應(ying)用場合中，相(xiang)較于(yu)傳統硅器(qi)件(jian)具有無可比擬的高轉換效率和低發(fa)熱特性。這也成(cheng)為了氮化(hua)鎵(jia)(jia)替代(dai)傳統硅器(qi)件(jian)的重要原因，并讓氮化(hua)鎵(jia)(jia)成(cheng)為未來功率器(qi)件(jian)的主流發(fa)展方(fang)向。
但是作為(wei)一種新型半導(dao)體材料器件，因(yin)為(wei)GaN功率器件驅(qu)動電(dian)壓范圍很窄，VGS對負壓敏感(gan)，器件開啟電(dian)壓閾(yu)值（VGS-th）低1V~2V左右，極易受干(gan)擾而誤開啟。所以(yi)相較傳統硅器件而言，驅(qu)動氮化鎵的(de)驅(qu)動器和控(kong)制器需(xu)要解決更多的(de)技(ji)術問題(ti)。
據了(le)解，目前(qian)市面上除了(le)少數(shu)內置驅(qu)動電路的GaN功率器件對外部驅(qu)動器要求(qiu)較低之(zhi)外，其他大多數(shu)GaN功率器件均需要借(jie)助外部驅(qu)動電路。
沒(mei)有內置驅(qu)動(dong)電路而又要保證(zheng)氮化鎵器件可(ke)靠的(de)(de)工(gong)作并發揮出(chu)它的(de)(de)優(you)異性(xing)能，除了需要對驅(qu)動(dong)電路的(de)(de)高速性(xing)能和(he)驅(qu)動(dong)功耗做(zuo)重(zhong)點優(you)化，還必須讓驅(qu)動(dong)器精準穩定(ding)的(de)(de)輸出(chu)驅(qu)動(dong)電壓，保障器件正(zheng)確(que)關閉與開啟，同(tong)時需要嚴格控制主回路上因開關產生(sheng)的(de)(de)負壓對GaN器件的(de)(de)影(ying)響(xiang)。
三、熱門氮化鎵快充控制芯片推薦
1、美思迪賽MX6535
美思(si)(si)迪賽MX6535是國內首(shou)顆具備(bei)量產條件(jian)(jian)的(de)(de)氮(dan)化鎵快充主控(kong)制芯片，打破了國內沒有(you)(you)氮(dan)化鎵控(kong)制IC和(he)驅動IC的(de)(de)局面。其可以實現精準的(de)(de)多(duo)(duo)級(ji)恒壓和(he)多(duo)(duo)級(ji)恒流(liu)調節，而無需傳統(tong)的(de)(de)二(er)次電流(liu)反饋電路(lu)；采用(yong)美思(si)(si)迪賽第(di)二(er)代Smart-Feedback技(ji)術，它不僅消除了傳統(tong)電源的(de)(de)電壓電流(liu)反饋電路(lu)補償網絡的(de)(de)需要，并(bing)能在(zai)所有(you)(you)操(cao)作條件(jian)(jian)下(xia)寬范(fan)圍輸出時（3.3V~20V）保(bao)持系統(tong)穩定性(xing)。
同(tong)時，具備全面的保(bao)護(hu)功能(neng)和故障(zhang)解除系統自(zi)動恢復功能(neng)，包括逐(zhu)周期電流限(xian)制、不同(tong)輸出電壓自(zi)適應的過(guo)電壓保(bao)護(hu)、反饋回路開路保(bao)護(hu)、芯片內外部OTP功能(neng)等(deng)。
MX6535與同樣出自(zi)美(mei)思迪(di)賽(sai)半(ban)導體集成同步整流的(de)二次側(ce)快充(chong)協議SOC控制(zhi)器搭(da)配設計，能非(fei)常(chang)方(fang)便(bian)的(de)實現18W~100W的(de)USB PD或者QC小體積的(de)快充(chong)電(dian)源設計，內部先進的(de)數字控制(zhi)系(xi)統(tong)可(ke)根據(ju)手機(ji)的(de)輸出能力請求實現快速平(ping)穩的(de)電(dian)壓和功率轉換。此外MX6535還可(ke)以根據(ju)用戶需求實現兼容聯發科(ke)（MTK）PE2.0 plus充(chong)電(dian)器協議。
美(mei)思(si)迪賽MX6535搭配自(zi)家的(de)次級芯片(pian)可以實(shi)現超精簡超高(gao)集成度的(de)設(she)計，在開發65W氮(dan)化(hua)鎵快充(chong)產品時，只需一(yi)(yi)塊(kuai)PCB就能完(wan)成緊湊(cou)的(de)結構(gou)設(she)計，且整塊(kuai)PCB板(ban)尺寸(cun)僅兩(liang)枚硬幣大小。這一(yi)(yi)方面得(de)益于MX6535內置(zhi)了氮(dan)化(hua)鎵驅動，并消除了傳統的(de)二(er)次反饋電路(lu)；另一(yi)(yi)方面也得(de)益于次級芯片(pian)內置(zhi)同步整流控制器和協議(yi)識別，并通過(guo)數字算法(fa)把傳統初(chu)次級電壓及電流RC環路(lu)補(bu)償網絡(luo)直接省去。
2、安森美NCP1342
安森美(mei)NCP1342是一款高(gao)度集成的(de)準(zhun)諧(xie)振反激控(kong)制器，適用于(yu)(yu)設計高(gao)性能離線(xian)功率(lv)轉(zhuan)換器。內部集成的(de)有(you)源X2電容(rong)器放電功能，可(ke)以實現(xian)低于(yu)(yu) 30mW的(de)無負(fu)載功耗。NCP1342具有(you)專(zhuan)屬的(de)谷(gu)鎖閉電路，確(que)保穩定(ding)的(de)谷(gu)開(kai)關。此系統(tong)可(ke)在(zai)低至(zhi)第(di) 6個谷(gu)的(de)情況下(xia)運行，并轉(zhuan)換為頻率(lv)折(zhe)回(hui)模式(shi)以降(jiang)低開(kai)關損(sun)耗。隨著負(fu)載進(jin)一步降(jiang)低，NCP1342 進(jin)入靜音(yin)跳過(guo)模式(shi)來管理功率(lv)傳遞，同(tong)時最大程(cheng)度減小噪音(yin)。
為了確保高頻(pin)率設計的輕負載性能，NCP1342 結合了最低(di)峰值(zhi)電流調制 (MPCM) 以快速降低(di)開關(guan)頻(pin)率。為了幫(bang)助(zhu)確保轉換器耐(nai)用性，NCP1342 實施(shi)了若(ruo)干關(guan)鍵保護功(gong)能，如內(nei)部欠(qian)電壓檢(jian)(jian)測(ce)、在任何(he)輸入電壓下保證恒定最大輸出功(gong)率的非(fei)功(gong)耗過功(gong)率保護（OPP）、通過專門(men)引腳(jiao)實現的鎖存過電壓和 NTC就(jiu)緒高溫保護，以及線路去(qu)除檢(jian)(jian)測(ce)，可在去(qu)除交流線路時對(dui)X2電容器進行安全放電。
安森(sen)美NCP1342尚(shang)未內置(zhi)驅動器(qi)，只有在(zai)搭配納微GaNfast芯片等(deng)內置(zhi)驅動的氮化鎵功率(lv)器(qi)件時不需要外(wai)置(zhi)驅動器(qi)，在(zai)搭配其(qi)他大部(bu)分GaN FET的應用場景中，需要外(wai)置(zhi)一顆驅動器(qi)。
據悉(xi)，安森美NCP1342是目前市面上應用最為廣泛的(de)一顆高頻PWM控制器(qi)(qi)，享有氮化鎵控制器(qi)(qi)的(de)霸主地位(wei)，這也得益(yi)于高頻QR架構在氮化鎵快(kuai)充(chong)市場的(de)廣泛應用。據充(chong)電(dian)頭(tou)網了(le)解(jie)，采(cai)用該芯片的(de)氮化快(kuai)充(chong)充(chong)電(dian)器(qi)(qi)多達(da)數十款，代表產品有：、、、、等(deng)。
3、安森美NCP13992
安森美(mei)NCP13992是(shi)一款用(yong)(yong)于半(ban)橋諧振(zhen)轉換(huan)器(qi)的(de)高(gao)性能(neng)電流模式控(kong)(kong)制器(qi)，該控(kong)(kong)制器(qi)實(shi)施了600V門(men)極驅動(dong)器(qi)，簡化(hua)布(bu)局(ju)，減少外部部件數(shu)量。內置的(de)欠電壓輸入功能(neng)簡化(hua)了該控(kong)(kong)制器(qi)在所有(you)應(ying)用(yong)(yong)中(zhong)的(de)實(shi)施。在需(xu)要PFC前級的(de)應(ying)用(yong)(yong)中(zhong)，NCP13992具(ju)有(you)一個專門(men)的(de)輸出來驅動(dong)PFC控(kong)(kong)制器(qi)。此功能(neng)結合專門(men)的(de)無(wu)噪聲跳過(guo)模式技術進一步提高(gao)了整(zheng)個應(ying)用(yong)(yong)的(de)輕(qing)負載能(neng)效。
安森美(mei)NCP13992提供了一套保(bao)(bao)(bao)護功能(neng)，可實現在任何應用中的安全(quan)運行，其中包括：過載保(bao)(bao)(bao)護、放置硬開關(guan)周期的過電流保(bao)(bao)(bao)護、欠(qian)電壓檢測、開路光耦合器檢測、自動(dong)停滯(zhi)時間調(diao)節、過電壓 (OVP) 和(he)高溫(wen) (OTP) 保(bao)(bao)(bao)護。
據充(chong)電頭網拆解了解到，安森美NCP13992目前已被采用。
4、亞成(cheng)微RM6801SN
亞成(cheng)微(wei)RM6801SN是一款E-Mode GaN FET直驅(qu)(qu)控(kong)制ZVS反激芯片，這也是國內首(shou)個直驅(qu)(qu)氮化(hua)鎵(jia)功率(lv)器件ZVS反激控(kong)制器，填補了國內空(kong)白。
亞成微RM6801SN是一款高性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)高可(ke)靠性(xing)(xing)電(dian)流(liu)控(kong)制型PWM開關控(kong)制芯(xin)片，內置700V高壓啟動、X-cap放電(dian)、可(ke)調交(jiao)流(liu)輸入Brown in/out等功能(neng)(neng)(neng)，工作頻(pin)率(lv)高達130KHz，全電(dian)壓范圍(wei)內待機功耗小于(yu)65mW，滿足六級能(neng)(neng)(neng)效(xiao)標(biao)準(zhun)；并且(qie)支持CCM/QR混合模式(shi)以及擁有完備的(de)各(ge)種保護功能(neng)(neng)(neng)，專有ZVS技術降低GaNFET開關損耗，改(gai)善(shan)EMI特性(xing)(xing)。
亞(ya)成(cheng)微RM6801SN采用專有驅動(dong)技術(shu)，直(zhi)驅E-MODE GaN功(gong)(gong)(gong)率器(qi)(qi)件(jian)，提高產(chan)品(pin)效率及功(gong)(gong)(gong)率密(mi)度，簡化EMI濾波(bo)電(dian)路設計，降低EMI器(qi)(qi)件(jian)成(cheng)本，可以應用于大功(gong)(gong)(gong)率快速充電(dian)器(qi)(qi)。
5、德州儀器UCC28780
德州儀器(qi)UCC28780是(shi)一(yi)款高(gao)(gao)(gao)頻有源鉗位反激式控(kong)制器(qi)，可(ke)實現符合(he)嚴格全(quan)球效率(lv)標(biao)準（如美(mei)國能(neng)源部6級和歐盟CoCV5Tier-2能(neng)效標(biao)準）的高(gao)(gao)(gao)密度交流/直流電源。用戶可(ke)編程高(gao)(gao)(gao)級控(kong)制律特性(xing)(xing)可(ke)以(yi)針(zhen)對硅（Si）和氮化(hua)鎵GaN功率(lv)FET進行(xing)(xing)性(xing)(xing)能(neng)優化(hua)。由(you)于具有邏輯(ji)電平柵極(ji)信號和使能(neng)輸出(chu)，因此使用組合(he)了驅動(dong)器(qi)和GaN FET的開關器(qi)件進行(xing)(xing)直接運行(xing)(xing)的能(neng)力得到進一(yi)步(bu)增(zeng)強。
UCC28780憑(ping)借(jie)先進(jin)的(de)(de)自(zi)動調(diao)諧技術、自(zi)適應(ying)死區時間優化和(he)(he)可(ke)(ke)變(bian)開(kai)關(guan)頻(pin)率控制律，可(ke)(ke)在(zai)寬廣(guang)的(de)(de)工作范圍內實現(xian)零電壓開(kai)關(guan)（ZVS）；使(shi)用時可(ke)(ke)根據輸入和(he)(he)輸出條件改變(bian)運行方式的(de)(de)自(zi)適應(ying)多模式控制，并(bing)可(ke)(ke)在(zai)提高效率的(de)(de)同時減輕可(ke)(ke)聞噪聲。憑(ping)借(jie)高達1MHz的(de)(de)可(ke)(ke)變(bian)開(kai)關(guan)頻(pin)率和(he)(he)精確的(de)(de)可(ke)(ke)編程過功率保護(hu)功能（該功能可(ke)(ke)在(zai)寬廣(guang)的(de)(de)線路范圍內為散(san)熱設(she)計提供始終如一的(de)(de)功率），無(wu)源組件的(de)(de)尺(chi)寸(cun)可(ke)(ke)進(jin)一步縮小，并(bing)實現(xian)高功率密度。
在目(mu)前的應用案(an)例中(zhong)，德(de)州儀器(qi)UCC28780常見于高效率的ACF架構(gou)中(zhong)，比如、、、等產(chan)品。
6、德州儀器UCC28782A
德(de)州儀器UCC28782是一款符合(he)全球效率(lv)(lv)標準的(de)高(gao)密(mi)度反(fan)激有源鉗位(wei)（ACF）轉換(huan)器。ZVS通過先進的(de)自動(dong)調節和(he)(he)死區(qu)控制在廣泛的(de)工作范圍(wei)內實現。自適應(ying)多(duo)模(mo)控制保持(chi)高(gao)效率(lv)(lv)，同時降低可聞噪聲，減少突發(fa)模(mo)式(shi)下的(de)輸出紋(wen)波，可編程控制模(mo)式(shi)針對寬頻率(lv)(lv)和(he)(he)功率(lv)(lv)范圍(wei)優化性能。
UCC28782通(tong)過高(gao)達1.5 MHz的(de)(de)(de)可(ke)變開關頻(pin)率能力(li)，用(yong)于簡單控制器(qi)偏置的(de)(de)(de)集成開關穩壓器(qi)、用(yong)于穩定突發(fa)模(mo)式的(de)(de)(de)內部環(huan)路補償，和獨(du)特的(de)(de)(de)EMI頻(pin)率抖(dou)動(dong)功能，降(jiang)低了(le)外圍元件尺寸和 BOM 成本。主動(dong) X電(dian)(dian)(dian)容(rong)放電(dian)(dian)(dian)消除了(le)放電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)損耗(hao)。內置電(dian)(dian)(dian)源管理(li)功能可(ke)減少突發(fa)模(mo)式下的(de)(de)(de)ACF 驅(qu)動(dong)器(qi)損耗(hao)的(de)(de)(de)PFC轉換(huan)器(qi)損耗(hao)。
充電頭網拆解了(le)解到，德州儀器UCC28782目前已經被采用(yong)。
充電頭網總結
充電頭網統(tong)計(ji)數據顯示，目前華(hua)為、、、、、、、等(deng)多家知(zhi)名手機(ji)/筆電品牌先后入局(ju)(ju)。與此同時，數十家大型電商品牌也出現扎(zha)堆發布的氮化鎵快充的局(ju)(ju)面。
市場需(xu)求的(de)增加帶(dai)動了傳統電源廠商的(de)轉型，，推出的(de)氮化鎵快充新品多達數百(bai)款(kuan)，功率涵蓋30W、45W、65W、100W等多個級別，接口(kou)涵蓋單C口(kou)、雙C口(kou)、2C1A、2C2A、3C1A等多種(zhong)配置，產品類目非常豐富，受到廣大消費(fei)者(zhe)的(de)追捧和喜愛。
氮化鎵技術(shu)的(de)商用并在(zai)消(xiao)費類電源(yuan)領域(yu)大(da)放異彩，為(wei)用戶帶(dai)來極(ji)大(da)的(de)便利。同時，在(zai)中(zhong)美貿易摩擦的(de)大(da)背景下，我(wo)們也很榮幸能夠在(zai)新技術(shu)普(pu)及的(de)進程中(zhong)，看到國產(chan)半導體的(de)廠(chang)商的(de)身影。期待在(zai)不久(jiu)的(de)將來，這(zhe)些(xie)國產(chan)氮化鎵控制芯(xin)片都能在(zai)細(xi)分(fen)領域(yu)下完成對進口(kou)產(chan)品的(de)替代，成為(wei)真正的(de)國貨之(zhi)光。