未來已來，氮化鎵的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值加速到來。

本文介紹了鎵未來和納芯微在氮化鎵方面的技術(shù)合作方案。鎵未來提供的緊湊級(jí)聯(lián)型氮化鎵器件與納芯微隔離驅(qū)動(dòng)器配合，隔離驅(qū)動(dòng)器保證了異常工作情況下對(duì)氮化鎵器件的有效保護(hù)，完美展現(xiàn)了氮化鎵在先進(jìn)應(yīng)用中高效率低損耗的核心價(jià)值，讓工程師放心無憂采用氮化鎵。

普通消費(fèi)者了解并接受氮化鎵，是從2018年氮化鎵PD快充開始的。憑借氮化鎵卓越的開關(guān)特性，可以高頻工作，實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，氮化鎵PD快充成功實(shí)現(xiàn)了小型化和輕量化，消費(fèi)者易于攜帶，用戶體驗(yàn)大幅度提升。在過去幾年內(nèi)，氮化鎵在PD快充中的滲透率逐步提升，消費(fèi)者對(duì)氮化鎵的認(rèn)知是“氮化鎵=黑科技”，采用氮化鎵的PD快充可以賣到小幾百元，普通的采用硅器件的PD快充售價(jià)往往在一百元以內(nèi)。氮化鎵的應(yīng)用，很快從PD快充拓展到其它消費(fèi)類產(chǎn)品中，輸出功率從30W、65W逐步提升到120W甚至更大功率。

普通消費(fèi)者，甚至對(duì)氮化鎵了解不多的工程師，普遍認(rèn)為氮化鎵只能實(shí)現(xiàn)幾十瓦到一百多瓦的輸出功率。這種情況基本屬實(shí)，因?yàn)樵鰪?qiáng)型氮化鎵目前只有QFN/DFN和TOLL等貼片封裝形式，在中大功率應(yīng)用場景的散熱問題難以解決。但是，鎵未來氮化鎵采用獨(dú)特的緊湊級(jí)聯(lián)型技術(shù)，封裝形式涵蓋QFN/DFN、TOLL、TO-220和TO-247等多種形式，滿足小功率（30W~300W）、中功率（300W~1kW）和大功率（1kW~6kW）等各種豐富的應(yīng)用場景。

鎵未來在成立之初，聚焦中小功率的應(yīng)用和市場拓展，但是從2022年開始，公司發(fā)力中大功率的應(yīng)用市場，在便攜式儲(chǔ)能雙向逆變器、服務(wù)器電源、算力電源和植物照明電源等應(yīng)用領(lǐng)域取得不少突破。市場對(duì)氮化鎵接受程度的穩(wěn)步提升，主要得益于社會(huì)對(duì)節(jié)能減排和高效率電能轉(zhuǎn)換的普遍共識(shí)。

80+能效標(biāo)準(zhǔn)

嵌入式電源能效分級(jí)認(rèn)證技術(shù)規(guī)范

EU lot9存儲(chǔ)電源效率要求

實(shí)現(xiàn)80+ 96%鈦金效率，或者CQC嵌入式電源輸出40V以內(nèi)能效VI級(jí)96%峰值效率和VII級(jí)97%峰值效率，最具性價(jià)比的解決方案是氮化鎵圖騰柱無橋PFC拓?fù)浼又C振軟開關(guān)LLC拓?fù)涞姆桨浮?

第一部分：氮化鎵實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，賦能節(jié)能減排

氮化鎵憑借卓越的開關(guān)特性，具有“零”反向恢復(fù)電荷Qrr，特別適用于CCMBTPPFC (Continuous Current Mode Bridgeless Totem-PolePowerFactorCorrection) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相較于其它普遍采用的傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)包括：

元器件最少，成本最低，性價(jià)比最高

效率最高，損耗大幅度下降，熱管理簡單，可以實(shí)現(xiàn)自然散熱

單機(jī)功率大，功率密度高，重量輕

控制簡單，能量可雙向流動(dòng)，整流和逆變一機(jī)兩用

基于GaN的CCMBTPPFC拓?fù)?

第二部分：氮化鎵在中大功率應(yīng)用中的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)措施

鎵未來作為緊湊級(jí)聯(lián)型氮化鎵器件國內(nèi)領(lǐng)先的供應(yīng)商，其氮化鎵晶圓良率超過95%，結(jié)合本地化供應(yīng)鏈和資源整合優(yōu)勢，性價(jià)比突出。相對(duì)于增強(qiáng)型氮化鎵來說，鎵未來緊湊級(jí)聯(lián)型氮化鎵的主要優(yōu)勢包括：

Vgs閾值電壓下限高達(dá)3.5V，抗干擾性能強(qiáng)，特別適用于高頻、硬開關(guān)和大功率應(yīng)用

Vgs閾值電壓上限高達(dá)20V（靜態(tài)），30V（動(dòng)態(tài)），驅(qū)動(dòng)兼容SiMOSFET驅(qū)動(dòng)器

不需要負(fù)壓關(guān)斷，外圍電路簡單

有半個(gè)體二極管，不需要反并聯(lián)SBD以降低續(xù)流損耗并提升效率

封裝種類齊全，包括貼片QFN/DFN/TOLL和插件TO-220/TO-247等封裝形式，覆蓋全功率范圍應(yīng)用場景

有直接替代料，持續(xù)大批量供貨無憂

但是，氮化鎵普遍存在一些局限，包括雪崩能力偏弱，漏源需要提升過電壓能力；還有電流抗沖擊能力有待提升，在半橋電路中要預(yù)防上下管直通。針對(duì)前者，鎵未來氮化鎵過壓能力突出，比如標(biāo)定耐壓650V器件，其Vds在800V下非可重復(fù)和750V下可重復(fù)的尖峰電壓持續(xù)時(shí)間高達(dá)30us。針對(duì)后者，驅(qū)動(dòng)器需要具備Interlock功能，即當(dāng)DSP數(shù)字控制器或者模擬控制器給出的上下管驅(qū)動(dòng)電壓同時(shí)為高時(shí)，驅(qū)動(dòng)器通過自身邏輯控制，將上下管驅(qū)動(dòng)電壓鎖定為低，確保氮化鎵器件不會(huì)直通并安全工作。在AC輸入動(dòng)態(tài)、DC輸出動(dòng)態(tài)、雷擊浪涌等情況下，DSP數(shù)字控制器或模擬控制器可能因?yàn)橥獠扛蓴_，輸出誤動(dòng)作信號(hào)，具有Interlock功能的驅(qū)動(dòng)器可以有效的保護(hù)氮化鎵器件。

鎵未來應(yīng)用開發(fā)團(tuán)隊(duì)具有豐富的數(shù)字控制和模擬控制經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)將半橋氮化鎵驅(qū)動(dòng)電路歸一化，即統(tǒng)一采用納芯微NSi6602隔離驅(qū)動(dòng)器。

NSi6602隔離驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)框圖

根據(jù)NSi6602的邏輯表，DT腳實(shí)現(xiàn)輸出Interlock功能或者死區(qū)調(diào)節(jié)功能。同時(shí)，NSi6602輸入信號(hào)和輸出信號(hào)隔離，這樣便于PCB板布線，進(jìn)一步提升抗干擾性能。NSi6602抗共模干擾能力CMTI高達(dá)150V/ns，這個(gè)在大功率短路和過流保護(hù)的時(shí)候很重要。另外其上下驅(qū)動(dòng)的差模電壓可達(dá)1500V，也適用于900V氮化鎵器件以及三相系統(tǒng)的應(yīng)用。

NSi6602邏輯表

好馬配好鞍，鎵未來氮化鎵和納芯微隔離驅(qū)動(dòng)器比翼雙飛，成雙成對(duì)出現(xiàn)，隔離驅(qū)動(dòng)器保證了異常工作情況下對(duì)氮化鎵器件的有效保護(hù)，完美展現(xiàn)了氮化鎵在先進(jìn)應(yīng)用中高效率低損耗的核心價(jià)值，讓工程師放心無憂采用氮化鎵。

在實(shí)際應(yīng)用中，BTPPFC采用兩顆NSi6602，分別驅(qū)動(dòng)兩顆氮化鎵快管和兩顆SiMOSFET慢管。在LLC部分，如果是半橋LLC，采用一顆NSi6602，如果是全橋LLC，采用兩顆NSi6602。

NSi6602典型應(yīng)用圖

針對(duì)不用的應(yīng)用要求，NSi6602提供了不同隔離電壓等級(jí)和封裝類型的系列產(chǎn)品，具體參考下表。

NSi6602隔離驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品選型表

第三部分：豐富的應(yīng)用案例

便攜式儲(chǔ)能用GaN雙向逆變器：

AC側(cè)支持全球電壓范圍，包括中歐規(guī)和美日規(guī)

DC側(cè)典型電壓為48V，可定制

功率為2kW，支持各種過載工作

BTPPFC采用兩顆G1N65R035TB-N (35m?/650V, TO-247-3L)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，工作頻率為65kHz

全橋LLC采用四顆G1N65R070TA-H (70m?/650V, TO-220)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，諧振頻率為120kHz

支持多機(jī)并聯(lián)，提升輸出功率

峰值效率96% @ 220Vac

2.5kW高效率高功率密度全數(shù)字控制導(dǎo)冷服務(wù)器電源

AC輸入電壓：90Vac~264Vac，低壓降額

DC輸出：12.2V/205A，Vsb/2.5A

輸出功率為2.5kW，支持多機(jī)并聯(lián)

BTPPFC采用兩顆G1N65R035TB-N (35m?/650V, TO-247-3L)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，工作頻率為65kHz

半橋LLC采用一顆NSi6602B-PSDNR，諧振頻率為125kHz

峰值效率96.2%，滿足80+鈦金效率認(rèn)證

3.6kW高效率算力電源

AC輸入電壓：180Vac~300Vac

DC輸出電壓：11.5V-15.5V/240A, 3.6kW

BTPPFC采用兩顆G1N65R035TB-N (35m?/650V, TO-247-3L)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，工作頻率為65kHz

LLC采用兩顆NSi6602B-PSDNR，諧振頻率為100kHz

滿載效率96.2% @ 220Vac

大功率高效率LED驅(qū)動(dòng)電源

AC輸入電壓：90Vac~264Vac

DC輸出電壓：56V/12.5A, 700W

BTPPFC采用兩顆G1N65R050TB-N (50m?/650V, TO-247-3L)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，工作頻率為55kHz

LLC采用兩顆G1N65R150TA-N (150m?/650V, TO-220)氮化鎵和一顆NSi6602B-PSDNR，諧振頻率為70kHz

滿載效率96.5% @ 230Vac