你的电源开关设计该考虑用AllGaN功率IC了

你的电源开关设计该考虑用AllGaN功率IC了

本刊记者薛士然

新款笔记本电脑上市的时候，商家总是在宣传新品的重量又减轻多少，请谨记，这个重量仅仅是裸机的重量，他们从来不会说，全套笔记本装备减轻多少，因为减轻的那点分量，在整个电脑(裸机加电池、电源适配器)中占的比重实在微不足道。我们个人也有感觉，虽然现在笔记本电脑的自重已经很轻了，但是如果加上电池和电源适配器，分量一下就增大很多，出差时携带很不方便。

大家可能要说，既然电池受容量限制，不可能做到太小，那就把电源适配器的重量降下来。其实，你能想到的商家早就想到了，只是难以实现。不过，从现在起，这种情况很快就会得到改变，因为Navitas(纳微半导体)的AllGaN功率IC来了！

Navitas成立于2014年，是世界首个且唯一的GaN功率IC企业。Navitas源自拉丁语“能源”，可见，企业的定位就是要围绕电源做产品。

近日，Navitas发布了新产品AllGaN功率IC，其可以大大降低笔记本电脑电源适配器的重量。据Navitas共同创始人兼首席执行官Gene Sheridan介绍，与硅类功率器件开关速率和能源效率成反比不同，GaN功率IC在提高开关速率的同时，效率不仅没有降低，还有略微提高。这是因为与传统硅类功率器件相比，基于GaN的功率器件具有导通电阻低和能够进行高频操作等特性，这些特性恰恰有利于提高电源单元转换效率，并使电源单元更加紧凑，所以通过GaN功率IC就可以同时获得无与伦比的速率和效率。

世界首款AllGaN功率IC

单片式GaN功率IC内包含了高压GaN功率FET和整合式GaN门级驱动器，为5 mm×6 mm QFN封装；半桥式GaN功率IC内包含了2个GaN 功率FET和2个GaN门级驱动器，为6 mm×8 mm QFN封装。

用GaN功率IC设计的65 W USB-PD笔记本电脑电源适配器参考设计采用有源钳位反激拓扑结构，开关速度比典型的转换器设计快3～4倍，损耗降低了40%，实现了更小的尺寸和更低的成本，并且该设计完全符合欧盟CoC Tier2及美国能源部6级(DoE VI)所规范的能效标准，更可以在满负载下实现超过94%的最高尖峰效率。

如果笔记本电源适配器选用硅类功率器件，尺寸大约为6～7英寸，重量大约为300 g，但如果采用AllGaN功率IC，65 W的新设计体积仅为2.7英寸，重量仅为60 g，因为AllGaN功率IC可以缩小变压器、滤波器和散热器的尺寸。

除此之外，如果使用其他GaN功率器件，设计中还需要许多元器件、复杂的电路，而使用AllGaN功率IC，则可以省去很多驱动部分设计，更易于使用。

应用不仅限于消费电子

据Gene Sheridan介绍，虽然采用AllGaN功率IC做的Demo是用于笔记本电脑电源适配器的，但是其应用并非仅仅限于此，主要前期应用从消费电子开始，因为GaN属于新技术材料，前期成本相对来说比较高，如果消费电子行业可以接受，那么再推广到其他应用领域(比如工业控制、汽车电子等)，难度就会小很多。总之，凡是使用电源开关的应用都可以使用此器件。

在谈到SiC类和GaN类两种材料的功率器件时，Gene Sheridan这样解释，两者的共同点是开关速度都非常快，区别在于SiC类功率IC适用于高压应用，比如火车、风力发电等应用，而GaN类功率IC更适合于高压以外的应用，所以二者针对的市场是有区别的。

目前，产能不足是电子行业的一大困扰。Gene Sheridan强调，Navitas拥有强大的制造合作伙伴，AllGaN功率IC采用GaN-on-Si晶圆的标准CMOS工艺，装配采用标准工艺及设备的标准QFN封装，所以产能是有保障的，GaN epi反应器只需要6个月的交货时间，高速最终测试仪仅仅需要3个月的交货时间。

Gene Sheridan表示：采用AllGaN功率IC做设计，对于工程师来说是在采用一种新材料做一个新的高频产品设计。未来，Navitas会做出更多的Demo，为工程师提供设计参考，帮助他们更好地完成设计。

笔者看到了65 W USB-PD笔记本电脑电源适配器的Demo板，体积大概是现在常见产品的五分之一，非常小巧。对于体积、功耗、成本都有所降低的电源适配器，相信无论是公司还是消费者，都会欢迎的。