随着便携电脑的尺寸越来越小,重量越来越轻,曾经作为电脑的“小尾巴”的电源适配器如今似乎要叫“大尾巴”了!电源适配器如何实现小型化,来配得上越做越小的便携电脑则成为一项必须考虑的问题。 从功率器件发展来看,从NPN型功率器件发展到MOS管功率器件只用了大概10年的时间,功率器件的尺寸缩小了5倍;而在运用硅MOS管的30年期间,器件的尺寸并没有提升很多,效率虽然有10%的提升,但是器件尺寸缩小还不到10%;直到包括GaN在内的新材料出现后,不到3年的时间,功率器件的效率及尺寸的提升又继续加速。在未来的十年,估计将在2025年再次提升3~5倍,另外,效率也会达到95%~99%。由此看来,新材料的发展会是功率器件发展的重要促进原因之一。 图1 功率器件的发展 由于硅材料的结构特点所限,一直无法同时满足速度和效率作为功率器件的两大规划参考指标。AllGaNTM通过配备新型拓扑——有源钳位反激 (ACF) 拓扑结构和新材料,并将驱动和GaN集成到一起,从而实现开关速度和效率两者的共同提升。新功率器件可以提供高达400MHz的开关速度,其速度比典型的转换器规划快了3至4倍,损耗降低40%,密度提升达5倍,系统成本也会下降20%,从而实现更小的尺寸和更低的成本。该规划完全符合欧盟CoC Tier 2及美国能源部6级 (DoE VI) 所规范的能效标准,更在满负载下实现超过94%的最高尖峰效率。 图2 AllGaNTM功率IC器件结构 纳微在推出AllGaNTM平台后,针对新型材料GaN先后推出了两类功率IC,即单芯片GaN功率IC和半桥芯片GaN功率IC。 纳微单芯片GaN功率IC是一款在650V下的单片式集成产品。该款产品采用5mm x 6mm QFN标准封装。考虑到成本问题,纳微单芯片GaN功率IC整个系列只用了这样一个封装方式。驱动采用内置驱动,高压信号输入时,即可实轻松现功率转换。纳微共同创始人兼首席执行官Gene Sheridan介绍称,通过这样的驱动器整合,以软开关为例将单芯片GaN功率IC与硅器件对比的话,硅器件电压上升速度很快,会有阴影。而采用单芯片GaN功率IC器件,开关速度到1M时,开关电压为500V,由此可见,采用单芯片GaN功率IC器件完全没有开关损耗, EMI性能也很好。 图3 单芯片GaN功率IC与硅器件的对比 图4 半桥GaN功率IC与硅器件的对比 图5 其他GaN做的电路规划图 图6 纳微AllGaNTM实现的电路规划图 作为本次纳微发布的最新方案——65W USB-PD适配器参考规划,可以做不一样电压输出及新型标准的电源适配器。高频及高效的AllGaN功率IC,可缩小变压器、滤波器和散热器的尺寸、减轻重量和降低成本。相比现有的基于硅类功率器件的规划,需要98-115cc(或6-7 in3)和重量达300g,基于AllGaN功率IC的65W新规划体积仅为45cc(或2.7 in3),而重量仅为60g。基于参考规划的电源适配器的体积和重量仅为现在市面上普遍在用的基于硅的便携电脑的65W适配器的五分之一。 图7 左为联想笔记本适配器,由为纳微参考规划 图8 纳微65W USB-PD适配器参考规划 纳微的未来优势及未来发展规划 采用GaN-on-Si晶圆标准的CMOS,GaN epi反应器只需6个月就可以完成交货。未来Navitas会继续大力关心中国市场,以为工程师规划相关方案提供技术支持。器件采用标准工艺及设备的标准QFN封装,Navitas先进的高速最终测验只需3个月就可以完成交货,未来还将继续扩大供应链合作伙伴,包括在中国建立规划研究中心,帮助中国工程师实现更完美的规划。 图9 纳微共同创始人兼首席执行官Gene Sheridan |
发表评论