Navitas 的下一代氮化鎵 (GaN) 電源 IC 可將充電速度提高 3 倍，并在移動快速充電器中實現主流采用，滿足 1B 美元以上的市場需求。

Navitas 的 GaNFast 集成氮化鎵 (GaN) 解決方案通過提供 5 倍的功率，使充電系統（例如那些允許您為智能手機充電的系統）的運行速度比使用傳統硅 (Si) 組件的充電系統快 100 倍密度，節能 40%，生產成本降低 20%。

功率 GaN 最初于 2018 年中后期通過 Anker、Aukey 和 RAVpower 的 24-W 至 65-W 充電器進入售后市場。2019 年，我們看到三星、Verizon、Oppo 和華碩/英偉達等原始設備制造商推出了額外的配件和從 27 W 到 300 W 的“盒裝”采用，出貨量達數百萬。

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，這些一直是效率和尺寸的最佳解決方案。然而，硅正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元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 的性能優于硅，因此可以顯著提高能源效率。

圖1：2007-2019年智能手機屏幕尺寸（cm ²）和電池容量（mAh）

對具有更大屏幕和 5G 功能的更強大的智能手機、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一個市場，可以非常快速地為越來越大的鋰離子電池充電（圖 1）。

隨著硅功率設備被替換為 GaN 替代品，我們不得不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，而令人驚訝的熱充電器可能已成為過去。隨著大量充電器和 27 W 到 300 W 的 GaN 適配器的大量生產，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。

Navitas 首席執行官 Gene Sheridan 表示：“人們希望為他們的移動設備提供更快的充電速度，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重量。” “手機的充電功率已從幾年前的僅 5 W 增加到今天的高端高端手機的 50 W 或更高，并且聲稱新平臺的功率高達 120 W。筆記本電腦的功率已經達到 50 W 到 60 W，配備大而笨重的充電器，而 GaN 是提供高功率快速充電的大好機會，但外形尺寸要小得多、重量輕得多。”

經過 1990 年代分立 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一種經過行業驗證、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 V 左右非常出色，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最佳選擇，”Sheridan 說。“軟開關拓撲與我們的 GaN IC 的結合顯著提高了效率。以移動充電器為例，采用硅和傳統的反激式拓撲結構，效率僅為 87% 至 89%。采用軟開關拓撲結構中的 GaN，我們的目標是 93% 到 95%。”

單橋和半橋 GaNFast 功率 IC 是 650-V 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 技術允許高達 10 MHz 的開關頻率，從而可以使用更小、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限制硅和早期分立 GaN 電路開關速度的寄生電感的關鍵。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-kHz 至 100-kHz 轉換器設計可以加速到兆赫茲甚至更高的速度。這些集成電路擴展了傳統拓撲結構的功能，例如反激式、半橋式、諧振式和其他在兆赫頻率級的拓撲結構，從而允許在商業上引入革命性項目（圖 2）。

圖 2：GaNFast 的集成（圖片：Navitas）

GaNFast 技術也將很快進入世界上最快的筆記本電腦：Asus ProArt StudioBook One。ProArt One 是 Nvidia RTX Studio 系統，是第一款配備 Nvidia Quadro RTX 6000 GPU 的筆記本電腦，基于 Nvidia 的 ACE 參考架構。與 Nvidia 合作開發的新 300 W AC/DC 設計利用 Navitas 的高速 GaNFast 電源 IC 電源轉換技術來創建功能強大但重量輕且小巧的便攜式充電器。

“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 工程設計團隊一起應對這一挑戰，以不到一半的尺寸和重量提供 300 W 筆記本電腦適配器。”

圖 3：采用 GaNFast 技術的電池充電器內部

GaN 解決方案可實現更高效、更緊湊的緊湊型適配器設計。該材料提供了世界上最快的晶體管，這對于超高效的電源轉換至關重要。新技術將電力電子設備的尺寸減小了 50% 以上，從而可以為移動設備創建真正通用的電池充電器。

使用 GaN 半導體，您可以創建不僅效率更高的充電器，而且還可以在比傳統充電器更小的占地面積內提供相同的功率。這些電源保持涼爽 - 耗散少得多，它們需要的組件更少且更便宜（圖 3）。

審核編輯：劉清