随着电源行业的发展，以便满足手机充电器更高充电功率以及更多应用场景的需求，氮化镓技术更迭也在持续进步。同时，随着应用的规模化，氮化镓芯片也在朝集成化的方向发展。但是，业界也出现了另一个声音，那就是有人认为氮化镓是鸡肋——“氮化镓的性能夹在硅和碳化硅之间，要求低一点的可以采用传统的硅，要求高一点的则可以采用碳化硅”，所以氮化镓的地位就很尴尬。
日前，纳微半导体在今年10月份在纳斯达克上市后首次举办“全球首款智能GaNFast氮化镓功率芯片暨GaNSense新技术在线媒体发布会”，向我们介绍了使用GaNSense技术的新一代GaNFast氮化镓功率芯片。同时，也针对上述这一有意思的话题等进行了解读。
首先，纳微半导体销售运营总监李铭钊（Edwin）向我们介绍了纳微的概况，详见以下截图。
他指出，氮化镓的特性跟传统的硅有很大的区别，比如它的开关速度比硅快20倍，采用氮化镓的产品体积和重量更小。在某些系统里甚至可以节能40%左右，这对于实现国家的碳中和目标很有助益。它的功率密度可以提升3倍，因此搭配快充的一些方案，在达到相同效果的同时，充电速度可提升3倍以上。同样的体积、同样的充电速度，用硅的方案来设计成本就非常高；利用氮化镓，系统成本可节约20%左右。
虽然氮化镓这种材料在20年前就已经有了，而晶体硅则是在1976年，比氮化镓早30年以上。最近这几年氮化镓通过自身优化、产能的提升、成本的控制，慢慢落地到消费类、工业类应用。纳微的产品现在主要是在台积电2号工厂以6寸晶圆生产。在封装部分则采用全球前三名的封装厂商，品质控制做到零故障。产品良率则在90%以上，交付时间是12周左右。
手机充电器采用氮化镓主要有两个原因。第一，手机电池容量越来越大，从以前的2000mAh左右，到现在的5000mAh。氮化镓的优势是可提升充电器的功率，同时降低充电器的尺寸和重量，消费者用很短的时间就可以把手机电池充满。另外，相关电子设备使用越来越多，可能有A口、C口，多头充电器是非常大的市场，一个轻便的氮化镓充电器可以适用非常多应用场合。
现在纳微的主要合作对象都是全球知名度比较高的厂商，比如小米、OPPO、联想、DELL等。这些国内消费者比较熟悉的品牌，都是使用纳微氮化镓芯片方案在做自己的产品。国外电商品牌也大量选用纳微的方案。现在，全球超过140款量产中的充电器都使用了纳微的方案，大约150款左右还在准备研发阶段，在未来12个月里最少会有另外150+款使用纳微方案的新产品出来。
除了充电器之外，还有平面电视、游戏机、平板等其他领域，也都是纳微关注的消费类产品——这些产品期望做到更小更轻，大约每年有20亿美金的市场机会。另外一个巨大的市场是数据中心，一年利用氮化镓可以省19亿美元左右的电费。还有一个应用场景就是太阳能。通过提升效率，可以把太阳能的逆变器可以放在家里非常小的地方，而让消费者用到更便宜的电力。
此外，国家目前非常关注电动汽车部分。氮化镓有非常好的特性，可以做到小型化，因此可以用它把汽车里的OBC以及DC/DC做到更小更轻，从而使之放进更多的锂电池，而让整个车续航时间更长、续航里程更远。
纳微氮化镓能够节能，是实现碳排放碳中和非常重要的手段。每出货一个氮化镓功率芯片，一年可以减少4kg的CO2。
随后，纳微半导体高级应用总监黄秀成重点介绍了GaNSense系列产品的特点及其应用场景。
据介绍，功率氮化镓主要以两个流派在发展：一个是dMode常开型；另一个是以纳微为代表的eMode常关型。相比于传统的常关型的氮化镓功率器件，纳微又进一步做了集成，包括驱动、保护和控制的集成。
氮化镓功率芯片集成以后带来什么好处呢？黄秀成介绍说，传统的硅器件参数不够优异，它的开关速度、开关频率都受到极大的限制，通常基于硅器件的电源系统都是设置在60kHz到100kHz的开关频率范围内。由于其开关频率比较低，这就导致其储能元件（电感、电容）的尺寸相对比较大，电源的功率密度就会比较低。因此，业界常见的功率密度小于0.5W/cc。
分立式氮化镓受限于驱动线路的复杂性。如果没有把驱动集成到功率器件里，由于外部器件的布局、布线参数的影响，开关频率就难以发挥到氮化镓本来应发挥到的高度。因此，对比于普通的硅器件，分立式氮化镓的开关频率大概只有2到3倍提升。可想而知，功率密度的提升也是相对比较有限的。“我们的友商或者同行，相比于传统的电源适配器或者电源解决方案，他们可以设计出相对比较高的功率密度，但是也没有远没有达到1W/cc的数字。”黄秀成谈道。纳微的功率氮化镓器件，内部集成了控制、驱动和保护，就可以不依赖于外部寄生参数的影响，开关频率可以充分地释放。目前其在电源适配器的主流开关频率是300到400kHz，在模块电源已经有客户设计到了MHz。因此，经过集成的方案，开关频率、开关速度的潜能被释放，所设计出的功率密度就会比传统的硅或分立式氮化镓高很多，目前纳微有很多案例功率密度都远远大于1W/cc。
目前纳微主流的氮化镓系列是GaNFast系列，也即把驱动、控制和保护做在了功率器件上面。目前其主要采用的是QFN封装，其大体布局和传统的硅以及分立式氮化镓的区别并不大，但是额外有三个和控制驱动相关的引脚。其外部Vcc的供电范围非常宽，为10V到30V，因此和目前的外围控制器配合得都非常好。
因为氮化镓芯片设计的一些难点，用氮化镓的晶圆来产生基准电压会相对比较难，所以纳微在外部用一个稳压管来产生内部基准电压，把宽范围的Vcc调整成内部真正需要驱动氮化镓功率器件的母线电压。“我们的PWM信号内部做了很多防噪声处理，有很多磁滞的线路在里面。相比于传统的硅或分立式氮化镓，里面有很多保护，包括UVLO。在系统上Vcc未达到一定值之前，整个功率芯片是锁定状态，这样就可以有效地避免功率器件在某些异常条件下工作失效等等。”黄秀成说。
目前，GaNFast产品的出货量已经实现三千万片。
下图则很形象地展示了纳微氮化镓功率芯片进步的路标。相比于传统的硅和分立式GaN，纳微的GaNFast系列相对来说已经发挥出氮化镓速度的潜能，里面集成了驱动和基本保护，从传统的几十kHz到一两百kHz的方案提升到MHz的级别。GaNSense在GaNFast基础上又做了性能的提升，包括无损的电流采样、待机功耗节省，以及更多保护功能的集成。
下图则展示了GaNSense系列几个最突出的性能优点，包括无损可编程的电流采样（这对系统来说非常的重要）、智能的待机（包含有很多待机功耗要求，可以解决GaNFast以前相对不足的地方）、2kV ESD，以及将过温过流保护完美集成在了GaNSense系列里面。
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