好馬配好鞍——鎵未來氮化鎵和納芯微隔離驅(qū)動器比翼雙飛，助力氮化鎵先進應(yīng)用

未來已來，氮化鎵的社會經(jīng)濟價值加速到來。

本文介紹了鎵未來和納芯微在氮化鎵方面的技術(shù)合作方案。 鎵未來提供的緊湊級聯(lián)型氮化鎵器件與納芯微隔離驅(qū)動器配合，隔離驅(qū)動器保證了異常工作情況下對氮化鎵器件的有效保護，完美展現(xiàn)了氮化鎵在先進應(yīng)用中高效率低損耗的核心價值，讓工程師放心無憂采用氮化鎵。

普通消費者了解并接受氮化鎵，是從2018年氮化鎵PD快充開始的。憑借氮化鎵卓越的開關(guān)特性，可以高頻工作，實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，氮化鎵PD快充成功實現(xiàn)了小型化和輕量化，消費者易于攜帶，用戶體驗大幅度提升。在過去幾年內(nèi)，氮化鎵在PD快充中的滲透率逐步提升，消費者對氮化鎵的認知是“氮化鎵=黑科技”，采用氮化鎵的PD快充可以賣到小幾百元，普通的采用硅器件的PD快充售價往往在一百元以內(nèi)。氮化鎵的應(yīng)用，很快從PD快充拓展到其它消費類產(chǎn)品中，輸出功率從30W、65W逐步提升到120W甚至更大功率。

普通消費者，甚至對氮化鎵了解不多的工程師，普遍認為氮化鎵只能實現(xiàn)幾十瓦到一百多瓦的輸出功率。這種情況基本屬實，因為增強型氮化鎵目前只有QFN/DFN和TOLL等貼片封裝形式，在中大功率應(yīng)用場景的散熱問題難以解決。但是，鎵未來氮化鎵采用獨特的緊湊級聯(lián)型技術(shù)，封裝形式涵蓋QFN/DFN、TOLL、TO-220和TO-247等多種形式，滿足小功率（30W~300W）、中功率（300W~1kW）和大功率（1kW~6kW）等各種豐富的應(yīng)用場景。

鎵未來在成立之初，聚焦中小功率的應(yīng)用和市場拓展，但是從2022年開始，公司發(fā)力中大功率的應(yīng)用市場，在便攜式儲能雙向逆變器、服務(wù)器電源、算力電源和植物照明電源等應(yīng)用領(lǐng)域取得不少突破。市場對氮化鎵接受程度的穩(wěn)步提升，主要得益于社會對節(jié)能減排和高效率電能轉(zhuǎn)換的普遍共識。

80+能效標準

嵌入式電源能效分級認證技術(shù)規(guī)范

EU lot9存儲電源效率要求

實現(xiàn)80+ 96%鈦金效率，或者CQC嵌入式電源輸出40V以內(nèi)能效VI級96%峰值效率和VII級97%峰值效率，最具性價比的解決方案是氮化鎵圖騰柱無橋PFC拓撲加諧振軟開關(guān)LLC拓撲的方案。

第一部分：氮化鎵實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，賦能節(jié)能減排
氮化鎵憑借卓越的開關(guān)特性，具有“零”反向恢復(fù)電荷Qrr，特別適用于CCM BTP PFC (Continuous Current Mode Bridgeless Totem-Pole Power Factor Correction) 拓撲結(jié)構(gòu)，相較于其它普遍采用的傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點包括：

• 元器件最少，成本最低，性價比最高
• 效率最高，損耗大幅度下降，熱管理簡單，可以實現(xiàn)自然散熱
• 單機功率大，功率密度高，重量輕
• 控制簡單，能量可雙向流動，整流和逆變一機兩用

基于GaN的CCM BTP PFC拓撲

第二部分：氮化鎵在中大功率應(yīng)用中的挑戰(zhàn)及應(yīng)對措施
鎵未來作為緊湊級聯(lián)型氮化鎵器件國內(nèi)領(lǐng)先的供應(yīng)商，其氮化鎵晶圓良率超過95%，結(jié)合本地化供應(yīng)鏈和資源整合優(yōu)勢，性價比突出。相對于增強型氮化鎵來說，鎵未來緊湊級聯(lián)型氮化鎵的主要優(yōu)勢包括：

• Vgs閾值電壓下限高達3.5V，抗干擾性能強，特別適用于高頻、硬開關(guān)和大功率應(yīng)用
• Vgs閾值電壓上限高達20V（靜態(tài)），30V（動態(tài)），驅(qū)動兼容Si MOSFET驅(qū)動器
• 不需要負壓關(guān)斷，外圍電路簡單
• 有半個體二極管，不需要反并聯(lián)SBD以降低續(xù)流損耗并提升效率
• 封裝種類齊全，包括貼片QFN/DFN/TOLL和插件TO-220/TO-247等封裝形式，覆蓋全功率范圍應(yīng)用場景
• 有直接替代料，持續(xù)大批量供貨無憂

但是，氮化鎵普遍存在一些局限，包括雪崩能力偏弱，漏源需要提升過電壓能力；還有電流抗沖擊能力有待提升，在半橋電路中要預(yù)防上下管直通。針對前者，鎵未來氮化鎵過壓能力突出，比如標定耐壓650V器件，其Vds在800V下非可重復(fù)和750V下可重復(fù)的尖峰電壓持續(xù)時間高達30us。針對后者，驅(qū)動器需要具備Interlock功能，即當(dāng)DSP數(shù)字控制器或者模擬控制器給出的上下管驅(qū)動電壓同時為高時，驅(qū)動器通過自身邏輯控制，將上下管驅(qū)動電壓鎖定為低，確保氮化鎵器件不會直通并安全工作。在AC輸入動態(tài)、DC輸出動態(tài)、雷擊浪涌等情況下，DSP數(shù)字控制器或模擬控制器可能因為外部干擾，輸出誤動作信號，具有Interlock功能的驅(qū)動器可以有效的保護氮化鎵器件。

鎵未來應(yīng)用開發(fā)團隊具有豐富的數(shù)字控制和模擬控制經(jīng)驗，已經(jīng)將半橋氮化鎵驅(qū)動電路歸一化，即統(tǒng)一采用納芯微NSi6602隔離驅(qū)動器。

NSi6602隔離驅(qū)動器系統(tǒng)框圖

根據(jù)NSi6602的邏輯表，DT腳實現(xiàn)輸出Interlock功能或者死區(qū)調(diào)節(jié)功能。同時，NSi6602輸入信號和輸出信號隔離，這樣便于PCB板布線，進一步提升抗干擾性能。NSi6602抗共模干擾能力CMTI高達150V/ns，這個在大功率短路和過流保護的時候很重要。另外其上下驅(qū)動的差模電壓可達1500V，也適用于900V氮化鎵器件以及三相系統(tǒng)的應(yīng)用。

NSi6602邏輯表

好馬配好鞍，鎵未來氮化鎵和納芯微隔離驅(qū)動器比翼雙飛，成雙成對出現(xiàn)，隔離驅(qū)動器保證了異常工作情況下對氮化鎵器件的有效保護，完美展現(xiàn)了氮化鎵在先進應(yīng)用中高效率低損耗的核心價值，讓工程師放心無憂采用氮化鎵。
在實際應(yīng)用中，BTP PFC采用兩顆NSi6602，分別驅(qū)動兩顆氮化鎵快管和兩顆Si MOSFET慢管。在LLC部分，如果是半橋LLC，采用一顆NSi6602，如果是全橋LLC，采用兩顆NSi6602。

NSi6602典型應(yīng)用圖

針對不用的應(yīng)用要求，NSi6602提供了不同隔離電壓等級和封裝類型的系列產(chǎn)品，具體參考下表。

NSi6602隔離驅(qū)動器產(chǎn)品選型表

第三部分：豐富的應(yīng)用案例
便攜式儲能用GaN雙向逆變器：

• AC側(cè)支持全球電壓范圍，包括中歐規(guī)和美日規(guī)
• DC側(cè)典型電壓為48V，可定制
• 功率為2kW，支持各種過載工作
• BTP PFC采用兩顆G1N65R035TB-N (35m?/650V, TO-247-3L)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，工作頻率為65kHz
• 全橋LLC采用四顆G1N65R070TA-H (70m?/650V, TO-220)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，諧振頻率為120kHz
• 支持多機并聯(lián)，提升輸出功率
• 峰值效率96% @ 220Vac

2.5kW高效率高功率密度全數(shù)字控制導(dǎo)冷服務(wù)器電源

• AC輸入電壓：90Vac~264Vac，低壓降額
• DC輸出：12.2V/205A，Vsb/2.5A
• 輸出功率為2.5kW，支持多機并聯(lián)
• BTP PFC采用兩顆G1N65R035TB-N (35m?/650V, TO-247-3L)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，工作頻率為65kHz
• 半橋LLC采用一顆NSi6602B-PSDNR，諧振頻率為125kHz
• 峰值效率96.2%，滿足80+鈦金效率認證

3.6kW高效率算力電源

• AC輸入電壓：180Vac~300Vac
• DC輸出電壓：11.5V-15.5V/240A, 3.6kW
• BTP PFC采用兩顆G1N65R035TB-N (35m?/650V, TO-247-3L)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，工作頻率為65kHz
• LLC采用兩顆NSi6602B-PSDNR，諧振頻率為100kHz
• 滿載效率96.2% @ 220Vac

大功率高效率LED驅(qū)動電源

• AC輸入電壓：90Vac~264Vac
• DC輸出電壓：56V/12.5A, 700W
• BTP PFC采用兩顆G1N65R050TB-N (50m?/650V, TO-247-3L)氮化鎵和兩顆NSi6602B-PSDNR，工作頻率為55kHz
• LLC采用兩顆G1N65R150TA-N (150m?/650V, TO-220)氮化鎵和一顆NSi6602B-PSDNR，諧振頻率為70kHz
• 滿載效率96.5% @ 230Vac