GaNFast用于快速充电器

Navitas的集成GaN解决方案（GaNFast）通过提供五倍的功率密度，节省40％的能源和20％的生产成本，使充电系统的运行速度比传统硅组件快100倍。例如，您可以更快地为智能手机充电。

功率氮化镓（GaN）于2018年中后期在售后市场中最初被市场采用，采用的是Anker，Aukey和RAVpower的24至65瓦充电器。在2019年，我们看到了更多的配件版本，现在三星，Verizon，Oppo和Asus / Nvidia等OEM的“箱内”使用功率从27瓦降至300瓦，已出货数百万台。

GaN是一种新生产的半导体，预计在未来几年中将在许多应用中取代硅，而电池充电是第一个证明这种应用的大批量市场。如今，用于电子产品的大多数充电器都使用硅晶体管，多年来，这一直是效率和尺寸的最佳解决方案。硅正在逐渐达到其物理极限，特别是在功率密度方面。这反过来限制了配备硅功率组件的设备的紧凑程度。在非常高的电压，温度和开关频率下，GaN与硅相比具有优越的性能，因此可显着提高能源效率。

图1：2007-2019年智能手机的屏幕尺寸（cm2）和电池容量（mAhr）

对具有更大屏幕和5G功能的功能更强大的智能手机，平板电脑和笔记本电脑的持续需求，为下一代AC适配器市场提供了广阔的市场，这些AC适配器可为越来越大的锂离子电池快速充电（图1）。

随着硅功率器件被替换为GaN替代品，我们被迫携带巨大的电砖和多条电缆来运行我们的器件的日子可能会结束。我们等待智能手机和笔记本电脑充电的时间可以大大减少，而且令人惊讶的热充电器可能已成为过去。随着大量充电器和GaN适配器的批量生产，功率范围从27W到300W，从电话到无人机的各种供电，移动充电器市场将发生巨大变化。

“人们希望为他们的移动设备更快地充电，这意味着需要更多的功率，但他们不希望硅适配器的体积大，重量大。手机已从几年前的仅5瓦充电增加到如今高端，高端手机上的50瓦或更多，而新平台声称达到120瓦。带有大型笨重充电器的笔记本电脑已经具有50至60瓦的功率，而GaN是实现高功率快速充电的绝佳机会，但其体积却显着更小，更轻。” Navitas首席执行官Gene Sheridan说。

在1990年代对离散GaN以及2000年代对集成GaN进行了多年的学术研究之后，GaNFast电源集成电路现已成为业界公认的，具有商业吸引力的下一代解决方案，可以设计更小，更轻，更快的充电器和电源适配器。

“氮化镓在600伏特左右非常好，在芯片面积，电路效率和开关频率方面明显优于硅，因此在这些壁式充电器中使用GaN替代硅是一个很好的选择，” Sheridan说。 “软开关拓扑与我们的GaN IC的结合极大地提高了效率。以带有硅和传统反激式拓扑结构的移动充电器为例，效率仅为87-89％。采用GaN的软开关拓扑结构，我们的研究目标是93-95％。”

单桥和半桥GaNFast电源IC是650V硅上GaN FET，具有驱动和逻辑的单片集成，采用四方扁平无引线（QFN）封装。 GaNFast技术允许高达10 MHz的开关频率，从而允许使用更小，更轻的无源元件。场效应晶体管（FET），驱动器和逻辑的单片集成创建了易于使用的组成组件，使设计人员能够创建超快速，超紧凑和超高效的集成动力总成。

集成对于最大限度地减少延迟和消除寄生电感至关重要，这些寄生电感限制了Si和较早的分立GaN电路的开关速度。传播延迟低至5 ns，稳健dV / dt高达200 V / ns，传统的65-100 kHz转换器设计可加速至MHz或更高。这些集成电路以兆赫兹的频率扩展了传统拓扑的功能，例如反激式，半桥式，谐振式等，从而实现了革命性项目的商业化应用（图2）。

图2：GaNFast的集成[来源：Navitas]

GaNFast技术也即将进入世界上最快的笔记本电脑：华硕ProArt StudioBook One。 NVIDIA RTX Studio系统ProArt One是第一款配备NVIDIA Quadro RTX 6000 GPU的笔记本电脑，它基于NVIDIA的ACE参考架构。 与NVIDIA合作开发的新型300W AC-DC设计利用了Navitas的高速GaNFast电源IC电源转换技术来创建功能强大而轻巧的小型便携式充电器。

Sheridan表示：“创意人员和其他专业人员要求具有最高的移动性才能实现最高的计算性能。” 他补充说：“ Navitas的专业技术人员与NVIDIA工程设计团队一起解决了这一挑战，这是NVIDIA ACE参考设计的一部分，提供了体积小于重量一半的300瓦笔记本电脑适配器。”

本文编译自powerelectronicsnews。