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全氮化鎵電源晶片效益可觀 65W電源設計更精巧

文‧黃繼寬 發布日期:2017/09/15 關鍵字:GaN電源管理電源供應器USB-PD

氮化鎵(GaN) MOSFET已經開始在電源應用發酵。不過,受限於驅動器、控制器仍採用CMOS製程,因此氮化鎵MOSFET的威力還無法完全釋放。為此,電源晶片新創公司Navitas以全氮化鎵電源晶片作為挑戰題目,並已成功開發出整合電源管理電路、驅動器與MOSFET的晶片解決方案。此外,該公司為了展示全氮化鎵方案的優勢,還推出外觀尺寸僅2.7立方英吋,重量60公克,輸出功率卻可達65W的USB-PD電源參考設計。

Navitas執行長Gene Sheridan表示,AC/DC電源供應器自40多年前逐漸從線性架構升級為交換式架構後,便一直處於漸進式創新,轉換效率和功率密度提升的速度都相當緩慢。氮化鎵是促成電源供應器二次革命的重要推手,在未來10年內,300W以下AC/DC電源供應器的效率提升到95%,甚至99%,都將不成問題。

氮化鎵與碳化矽(SiC)在電源應用領域,是備受矚目的明日之星。特別是氮化鎵,由於製程與標準CMOS較為接近,成本跟量產難度較低,因此以氮化鎵為基礎的MOSFET已開始陸續應用在手機、平板等行動裝置的電源供應器上。

不過,MOSFET只是電源系統中的元件之一,驅動器、電源控制器等其他核心元件,還是由CMOS製程生產,這使得目前的交換電源設計難以完全發揮氮化鎵MOSFET的所有潛力。核心團隊來自前國際整流器(IR)的電源管理晶片新創設計公司Navitas,遂提出在單一氮化鎵元件中整合MOSFET、驅動器與電源管理邏輯的構想,並已成功推出晶片樣品及應用參考設計。

將MOSFET、驅動器與電源控制邏輯電路整合在單一氮化鎵晶片上,不僅可以讓應用設計大幅簡化,而且也完全釋放了氮化鎵MOSFET的潛力--不僅開關速度更快,而且運作時也更可靠。

Navitas業務暨行銷副總裁Stephen Oliver說明,由於氮化鎵MOSFET的閘極相對脆弱,如果驅動方式不正確,容易造成MOSFET毀損。這是目前氮化鎵MOSFET在應用上所遇到的難題之一。將MOSFET與驅動器整合在一起,可以降低導通電阻,進而減少不當驅動造成MOSFET損壞的風險。

為了展示全氮化鎵電源晶片的潛力,Navitas除了晶片外,亦開發出一款支援USB-PD規範的65W電源供應器參考設計。該電源供應器號稱是目前全球體積最小、重量最輕的65W電源,外觀尺寸僅2.7立方英吋,重量則為60公克。

Sheridan透露,該參考設計所使用的晶片將在2018年第一季開始量產交貨,預計到第二季時,就能看到客戶的終端應用產品現身。

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