(电子发烧友网报道 文/章鹰)传统硅基材料已接近工艺极限,高效能需求驱动氮化镓等第三代半导体高速增长。在消费电子领域,AI手机、AI PC等各类AI终端的功率提升,GaN方案较硅基方案体积缩小60%,带动了GaN充电器市场的腾飞。在汽车领域,汽车智能化持续推进,车规功率器件逐步向高压、高频升级,氮化镓上车加速。
西安电子科技大学广州研究院的弓小武教授说:“跟硅器件比起来,氮化镓的功率密度可以做到30W/mm,这是硅的150倍呢,开关速度还能提高10倍以上,这样就能让充电器变得特别小,体积能减少60%。”
功率器件行业分析师表示,氮化镓充电器相较于传统的硅MOS充电器,体积更小。仅在高压侧使用氮化镓,可以实现30W氮化镓充电器与5W硅充电器体积大小持平。功率密度大幅度提升;他还指出,部分品牌还在氮化镓应用上做出突破性尝试,进一步将低压氮化镓用在充电器内部,实现全部氮化镓设计,可以进一步减少充电器体积,未来可能为氮化镓器件带来数十亿美元的市场机遇。
本文汇总三家氮化镓芯片大厂纳微半导体、英诺赛科和安世半导体的最新氮化镓芯片,以及其在充电器、TV电源和车载领域的应用案例。
卡位高端快充市场,纳微半导体推出适配90W、120W充电器GaN芯片
对于依赖多种设备、手机、平板电脑甚至轻型笔记本电脑的用户来说,氮化镓充电器提供了一个实际优势:高功率输出,体积小,适合旅行。国际GaN芯片大厂纳微在最新2025年第二季度报上指出,纳微持续领跑高端氮化镓快充市场,小米采用纳微推出目前全球最小、最快的90W充电器,其尺寸仅与12W硅基充电器相当。
该充电器在初级侧集成了纳微的NV9580氮化镓控制电源IC,在次级侧集成了NV9701同步整流控制器IC。GaNSense Control 系列将第四代 GaN 功率与高频控制功能相结合。它提供了单片集成 GaN 功率 FET 和 GaN 驱动器的所有优势,以及控制器和保护功能,采用单一表面贴装封装,适用于高密度、高效率的充电器、适配器和辅助电源设计。
据悉,纳微推出的 GaNSense 控制 IC 具有高达 800V 的瞬态电压击穿和无 PCB 热点,以最小的外形尺寸提供一流的效率。“小米 90W 氮化镓充电器的推出标志着我们与小米长期合作的新里程碑,”Navitas 高级副总裁兼亚太区总经理 Charles Zha 说。“结合 GaNSense 控制 IC 的创新和小米领先的系统专业知识,我们为超便携快速充电器提供了新的基准。”
近期,在小米120W 3C1A四口氮化镓充电器中,拆解人员发现这款小米最新氮化镓快充的初级开关采用了NV6148C的GaNSlim氮化镓功率芯片,这款产品来自Navitas纳微,是一款700V的GaNSlim系列功率IC,采用了高性能的eMOde GaN FET,并且集成了门级驱动器及多种扩展功能,为客户提供市场上最快速、小巧、高效和可靠的功率集成方案。
当前,手机快充功率从5W跃升到90W、120W、甚至240W,在相同成本的情况下,使用氮化镓解决方案可将 USB-PD 充电器的体积和重量缩减约 70%,或将充电功率提高约 50%,相信后面会有更多高功率的氮化镓快充方案上市。
英诺赛科:内置GaN芯片的100W PD快充方案、300V TV电源方案闪亮登场
在今年4月份举办的慕尼黑上海电子展上,国内GaN芯片领军企业英诺赛科展示了100W PD快充方案、140W PFC+AHB和300W TV电源方案。
图:英诺赛科100W PD方案 电子发烧友拍摄
英诺赛科新一代合封氮化镓芯片,可提供最大100W 充电功率,支持AC 100V-240V 宽幅电压,适配OPPO Reno 和 Find X 系列旗舰机型。这款100W PD方案采用了英诺赛科700V SolidGaN氮化镓合封产品ISG6103。
该产品集成了一颗700V/230mΩ氮化镓功率器件,驱动电路,无损电流采样,以及众多保护功能;具备零反向恢复电荷,2MHz高开关频率,高达80V输入电压和115uA低静态电流等优越特性,能够自适应驱动器,帮助充电器实现更小体积和更大充电功率。据悉,采用100W PD方案的快充可以支持该充电器还支持AC 100V-240V的宽幅电压,无论是手机、平板还是笔记本电脑,均能适配,为商旅出行提供了极大便利。
现场,英诺赛科还展示了300W超薄TV电源参考设计,内置4颗 700V 氮化镓芯片,可以直接嵌入电视内部,让电视整机厚度减少30%,简洁美观,轻薄增效。这款内置氮化镓芯片的优势有两点:1、在230Vac 条件下,峰值效率达到95%;2、业界最薄方案,厚度仅8.2mm,满足超薄电视、超薄显示屏等对厚度要求严苛的设备。
安世半导体:低压氮化镓器件上市,650V高压GaN器件应用汽车增程器
氮化镓功率器件的应用场景十分广泛,高压氮化镓主要应用于市电供电的开关电源初级,为次级提供稳定的直流电压供应。而低压氮化镓则更多地应用在快充次级、车充、以及手机电荷泵等场景上。
安世半导体推出了40V、100V低压氮化镓产品,安世GANB012-040CBA是一颗耐压40V,导阻12mΩ常关型增强模式器件氮化镓器件,使用WLCSP封装。该器件属于是一种双向器件,具有超高开关速度能力,具有超低导阻,符合RoHS、无铅、REACH标准,适合追求高效率和高功率密度场景应用。
安世GANE7R0-100CBA是一颗耐压100V,导阻7mΩ常关型增强模式器件氮化镓器件,使用WLCSP封装。GANE7R0-100CBA具备高频开关、低栅极电荷、低输出电荷特性,无体二极管,符合RoHS以及REACH标准。
更令人瞩目的是,在2025年上海车展上,吉利与雷诺合资的全球动力总成领域企业浩思动力展示新一代动力总成技术与未来出行的解决方案,其中,搭载安世半导体氮化镓器件的Gemini小型增程器引发行业关注。
图片来自安世半导体官方微信
据悉,在此系统方案中,安世半导体提供的级联型氮化镓器件采用了叠层结构和级联配置,结合了安世最新的650V高压GaN HEMT H4技术和将低压硅MOSFET技术,优化了栅极驱动并增强了系统稳定性,通过使用导通电阻Rds(on)低至几毫欧的GaN芯片结合吉利特有的PCB嵌埋封装功率半导体模块设计,可最小化封装产生的寄生电感,在实现新能源汽车上电机逆变器更高功率密度及轻量化的同时,也保证了高灵活性,优秀的扩展性以及大幅节省系统成本。
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