11月26日,2021(秋季)USB PD&Type-C亞洲展在深圳成功舉辦,展會期間還同期舉辦2021(秋季)USB PD&Type-C亞洲大會,并邀請了20位行業大咖現場與大家探讨USB PD&Type-C現在與未來,為大家分享最新的半導體技術及快充電源解決方案。

必易微副總裁,電源管理AC-DC産品線總經理 張波先生發表了《必易微高性能、高可靠性氮化镓快充解決方案介紹》為主題的演講,基于對氮化镓器件特性的分析,詳細介紹了必易微在氮化镓直驅以及合封方案上的優勢,着重突出了方案的可靠性。
作為專業的電源管理晶片設計公司,必易微有責任和義務推動氮化镓行業發展,同時為客戶提供更可靠和更具成本效益的電源晶片解決方案。
必易微成立于2014年5月,是國内少數幾家能夠提供完整電源管理晶片方案的晶片設計公司,産品覆寫了消費電子、工業和通訊類的應用。
必易微憑借優質的産品和服務獲得了較多行業知名客戶的認可。
氮化镓改變了傳統快充的體積,飛利浦推出了一款GaN設計的LED燈泡,雷射雷達内部同樣也在使用氮化镓,是以氮化镓特性相比矽具有天然優勢,氮化镓具有廣泛的應用前景。
氮化镓分為D-mode和E-mode,D-mode耗盡型為常開型,應用在快充中需串聯低壓矽MOS使用。E-mode增強型為常關型,使用方式類似傳統矽MOS,器件結構簡單,适合高頻化應用。必易微今天的演講圍繞E-mode型氮化镓展開。
在使用氮化镓之前,先進行氮化镓器件的特性分析。從英諾賽科INN650D02的規格書中可以看到:驅動電壓越高,内阻越小;常溫下,驅動電壓4-5V即可完全導通;在高溫情況下,結溫升高後需要6V的驅動電壓才能保證器件完全打開。如果使用5V驅動,将會增加内阻,提高溫升。除此之外驅動電壓極限值不能超過7V。
這是另外一家GaN Systems器件的規格書,也是要求使用6V電壓來驅動氮化镓開關管,使用6V驅動可以獲得充分導通和最優的效率,5V驅動電壓可以使用但是會降低效率。再次證明了氮化镓要穩定可靠使用,驅動電路的設計非常重要。
氮化镓合封解決了傳統分立器件在高頻應用下寄生參數對性能的影響,可以避免寄生參數導緻的誤開通。因為合封可以減小驅動回路中的寄生電阻和寄生電感,提升高dv/dt和高di/dt下的穩定性,真正滿足200-500KHz應用需求。
必易微控制器KP2206内置驅動器,外圍電路非常簡單。晶片采用負壓采樣保證驅動電壓在任何開通和關斷過程保持穩定,可靠性得到了充分保證。從波形圖上可以看出在開通過程中驅動電壓非常穩定。
必易微KP2206控制器采用直驅方式設計思路,晶片内置LDO保證6V驅動電壓穩定,提高産品的一緻性。關斷回路采用超低内阻下管,能夠有效抑制高頻應用中的震蕩,保證穩定的關斷。
必易微合封氮化镓晶片通過合封将驅動控制回路最小化,并且支援6V驅動電壓,外置驅動電壓可以進行驅動速度調節,內建電流負壓采樣,可靠性和易用性大大提升。同時合封方案相比傳統獨立控制器加氮化镓開關管的方案,面積減小50%。
必易微推出了E-mode氮化镓直驅控制KP2206以及相容矽MOS和适配納微e-mode氮化镓的KP2202。必易微已實作了氮化镓控制器的量産,針對不同類型的器件可供使用者自由選擇。
KP22064和KP22066是必易微最新推出的氮化镓合封晶片,均采用DFN8X8封裝,底部采用面積達90%的散熱PAD。KP22066内阻為0.2Ω,支援100W功率輸出。KP22064内阻為0.4Ω,支援45W功率輸出。工作頻率最高都可達到500KHz。
必易微還推出了KP2801 PFC控制器用于配合大功率PD快充應用,無需輔助繞組,外圍簡單。支援單級自啟動,非常适合配合LLC應用。
必易微30W氮化镓合封方案,采用KP22064合封氮化镓晶片+KP4060同步整流控制器,使用ATQ1715變壓器,功率密度達到了25W/每立方英寸,效率達到92.8%,30W恒功率輸出一小時溫升為64℃。待機功耗低于30mW,紋波小于120mV。
必易微65W氮化镓合封參考設計,在常溫下,無外置銅皮散熱措施,滿載輸出一小時溫升不到80℃,30mW低于待機功耗和小于120mV紋波,滿載效率達到93.9%,滿足LPS原邊限流需求。
必易微100W參考設計采用KP2801+KP2202+KP4060必易微整套解決方案組成,效率達到92.7%,空載待機功耗小于75mW,輸出滿載紋波小于120mV,諧波遠低于标準。
必易微快充産品系列齊全,同步整流産品分為内置MOS管版本和控制器版本,KP4050用于低頻,KP4060用于高頻,KP40511适合30W高成本效益應用。高頻SSR主要分為內建氮化镓的合封晶片以及單獨的控制器方案。必易微明年也将推出協定晶片,實作快充全套方案一站式服務,敬請關注。
充電頭網總結
在本次2021(秋季)USB PD&Type-C亞洲展上,必易微電子主要分享了氮化镓的驅動電壓對性能的影響,以及負壓電流采樣技術,可以消除取樣電阻壓降對于氮化镓器件驅動電壓的影響。同時還介紹了必易微的氮化镓合封晶片以及PFC晶片。
必易微針對USB PD快充推出的兩款合封氮化镓晶片分别為内置0.2Ω導阻氮化镓開關管的KP22066合封晶片,支援100W功率輸出。另一顆合封晶片内置0.4Ω導阻氮化镓開關管,KP22064,支援45W功率輸出。工作頻率最高可達500KHz。針對大功率應用推出了KP2801 PFC晶片,滿足大功率快充的功率因數校正。