Navitas 的集成 GaN 解決方案 (GaNFast) 通過提供 5 倍的功率密度、40% 的節能和 20% 的生產成本，使充電系統的運行速度比使用傳統硅組件的系統快 100 倍。例如，您可以更快地為智能手機充電。

2018 年中后期，功率氮化鎵 (GaN) 最初在售后市場采用的是 Anker、Aukey 和 RAVpower 的 24 至 65 瓦充電器。在 2019 年，我們看到了額外的配件版本，現在三星、Verizon、Oppo 和華碩/英偉達等 OEM 廠商采用了 27 到 300 瓦的“內置”，出貨量達數百萬臺。

GaN 是一種新的生產半導體，有望在未來幾年在許多應用中取代硅，而電池充電是第一個展示這種采用的大批量市場。如今，大多數用于電子產品的充電器都使用硅晶體管，多年來這一直是效率和尺寸的最佳解決方案。硅正在逐漸達到其物理極限，尤其是在功率密度方面；這反過來又限制了配備硅功率組件的設備的緊湊程度。在非常高的電壓、溫度和開關頻率下，GaN 與硅相比具有卓越的性能，因此可以顯著提高能效。

圖 1：2007-2019 年智能手機屏幕尺寸 (cm2) 和電池容量 (mAhr)

對具有更大屏幕和 5G 功能的功能更強大的智能手機、平板電腦和筆記本電腦的持續需求為下一代交流適配器創造了市場，以非常快地為越來越大的鋰離子電池充電（圖 1）。

隨著硅功率器件被 GaN 替代，我們被迫攜帶巨大的電磚和多條電纜來運行我們的設備的日子可能會結束。我們等待為智能手機和筆記本電腦充電的時間可能會大大減少，而且令人驚訝的熱充電器可能已成為過去。隨著大量 27W 到 300W 的充電器和 GaN 適配器的大規模生產，為從手機到無人機的所有設備供電，移動充電器市場將發生巨大變化。

“人們希望為他們的移動設備更快地充電，這意味著需要更多的電力，但他們不想要硅基適配器的大尺寸和大重量。手機的充電功率從幾年前的 5 瓦增加到如今高端、優質手機的 50 瓦或更高，并且聲稱用于新平臺的功率高達 120 瓦。Navitas 首席執行官 Gene Sheridan 表示，筆記本電腦的功率已經達到 50 到 60 瓦，并配備了笨重的充電器，而 GaN 是提供高功率快速充電的大好機會，但外形更小、重量更輕。

經過 1990 年代對分立 GaN 和 2000 年代集成 GaN 的多年學術研究，GaNFast 功率集成電路現在是經過行業驗證、具有商業吸引力的下一代解決方案，用于設計更小、更輕、更快的充電器和電源適配器。

“GaN 在 600 伏左右的電壓非常好，在芯片面積、電路效率和開關頻率方面明顯優于硅，因此在這些壁式充電器中使用 GaN 替代硅是一個非常好的甜蜜點，”Sheridan 說。“軟開關拓撲與我們的 GaN IC 的結合極大地提高了效率。以移動充電器為例，使用硅和傳統的反激式拓撲，效率僅為 87-89%。使用軟開關拓撲中的 GaN，我們看到了 93-95%。”

單橋和半橋 GaNFast 功率 IC 是 650V GaN-on-Si FET，具有驅動和邏輯的單片集成，采用四方扁平無引線 (QFN) 封裝。GaNFast 技術允許開關頻率高達 10 MHz，從而能夠使用更小、更輕的無源元件。場效應晶體管 (FET)、驅動器和邏輯的單片集成創建了一個易于使用的組成組件，使設計人員能夠創建超快速、超緊湊和超高效的集成動力系統。

集成是最小化延遲和消除寄生電感的關鍵，這些寄生電感限制了 Si 和早期分立 GaN 電路的開關速度。憑借低至 5 ns 的傳播延遲和高達 200 V/ns 的穩健 dV/dt，傳統的 65-100 kHz 轉換器設計可以加速至 MHz 甚至更高。這些集成電路在 MHz 量級的頻率上擴展了傳統拓撲（例如反激式、半橋式、諧振式等）的功能，從而允許革命性項目的商業引入（圖 2）。

圖 2：GaNFast 的集成 [來源：Navitas]

GaNFast 技術也將很快應用于世界上最快的筆記本電腦：Asus ProArt StudioBook One。ProArt One 是一款 NVIDIA RTX Studio 系統，是第一款配備 NVIDIA Quadro RTX 6000 GPU 的筆記本電腦，它基于 NVIDIA 的 ACE 參考架構。與 NVIDIA 合作開發的全新 300W AC-DC 設計利用 Navitas 的高速 GaNFast 電源 IC 電源轉換技術打造功能強大但重量輕的小型便攜式充電器。

“創意人員和其他專業人士需要具有極高移動性的最高計算性能，”Sheridan 說。“作為 NVIDIA ACE 參考設計的一部分，Navitas 的專職技術人員與 NVIDIA 工程設計團隊合作應對這一挑戰，以不到一半的尺寸和重量提供 300 瓦的筆記本電腦適配器，”他補充道。

審核編輯：劉清