八家企业推出十二款半桥氮化镓芯片
来源:充电头网发布时间:2023-10-082215浏览
询问 AI前言
随着百瓦充电器以及移动电源的普及，大功率设备也开始使用 USB Type-C 接口进行供电，组建了完整的生态，并且加快了 USB PD 的普及。但是对于高性能的计算设备来说，USB PD3.0 协议提供的 100W 功率不是很够用，最新推出的 USB PD3.1 协议扩展了 USB PD3.0 的输出范围，支持 28V、36V、48V 输出，最高功率达到 240W，可以满足大功率的设备供电。
在 PD 3.1 大功率电源设计里，半桥拓扑的应用愈发普遍。在半桥拓扑中使用分立氮化镓器件方案，不仅器件占板面积较大，而且会受到寄生电感等因素干扰，影响电源系统效率。于是越来越多的厂商着手推出半桥氮化镓合封芯片，将两颗半桥氮化镓器件和驱动器封装在一个芯片内部，简化半桥拓扑电源设计。下面充电头网为大家盘点一下各大功率器件厂商推出的半桥氮化镓合封芯片产品。
半桥氮化镓芯片
充电头网总结了八大厂商共12款半桥氮化镓芯片，并汇总如下表所示。
目前已有氮矽、量芯微、英飞凌、英诺赛科、纳微、纳芯微、意法半导体、泰高技术八大厂商推出过半桥氮化镓芯片。
排名不分先后，按英文首字母排序。
Danxitech 氮矽
DX2104J
氮矽科技的增强型 GaN HEMT 双通道栅极驱动DX2104J，作为一颗国内领先的80V耐压的氮化镓半桥驱动，内置自举电源，具有独立的高低侧TTL逻辑控制信号输入，将输出电压钳位在5.2V，确保准确高速的驱动。驱动级具有1.5A拉电流能力和5A灌电流能力，可防止意外导通。
DX2104J采用DFN4x4封装，可用于半桥或全桥转换器、同步降压转换器、无线充电器、D类功放等多种应用领域。
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GaNPower 量芯微
全波相电流半桥氮化镓IPM
量芯微准备推出一款具有0.1%精度、无热、正负电流检测、1200V的半桥氮化镓IPM。
该半桥氮化镓IPM集成60V~1200V半桥GaN，内集成0.1%精度、50nS相应、无热电流采样，发热量只有锰铜的万分之一，具有智能过流保护可保证电炉安全可靠，同时集成隔离半桥驱动、自举电路、隔离ADC、集成NTC。
此为半桥氮化镓IPM电路图。
该半桥氮化镓IPM采用PowerSSO-24/DIP25-DBC两种形式封装。
infineon 英飞凌
IGI60F1414A1L
英飞凌推出的半桥氮化镓集成功率级芯片 IGI60F1414A1L，适合低功率至中功率范围、小型轻量化的设计应用。外观为8x8 QFN-28封装型式，针对散热效能进行强化，可为系统提供极高的功率密度。此产品包含两个 140 mΩ / 600 V CoolGaN 增强型 （e-mode） HEMT 开关以及英飞凌 EiceDRIVER系列中的电气隔离专用高低侧栅极驱动器。
隔离栅极驱动器拥有两个数字 PWM 输入，让 IGI60F1414A1L 更易于控制。为了达到缩短开发时间、减少系统物料清单项目和降低总成本等目标，利用集成隔离功能、明确分隔数字和电源接地以及简化PCB配置等，皆是不可或缺的要素。
栅极驱动器采用英飞凌的单芯片无磁芯变压器（CT）技术，将输入与输出有效隔离。即便在电压上升或下降速率超过 150 V/ns 的超快速切换瞬时下，仍可确保高速特性和杰出的稳定性。
英飞凌 IGI60F1414A1 L的切换特性可以简易地根据不同的应用借由一些栅极路径的被动元件诸如阻容器件实现。例如，此特性可使电流或电压速率优化，以降低电磁干扰（EMI）效应、稳态栅极电流调整和负栅极电压驱动，在硬切换开关应用中稳定运行。
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Innoscience 英诺赛科
ISG3201
英诺赛科 ISG3201 是一颗 100V 耐压的半桥氮化镓功率芯片，芯片内部封装两颗耐压 100V，导阻 3.2mΩ 的增强型氮化镓开关管以及 100V 半桥驱动器。内部集成的驱动器省去了外部钳位电路，能够显著降低关联的寄生参数。半桥氮化镓器件具备60A连续电流能力，无反向恢复电荷，并具有极低的导通电阻。
ISG3201 外围元件非常精简，芯片内部集成了驱动电阻、自举电容和供电滤波电容。英诺赛科在这款芯片上采用固化驱动形式，减少栅极和功率回路寄生电感，并简化功率路径设计。该芯片还具有独立的高侧和低侧 PWM 信号输入，并支持 TTL 电平驱动，可由专用控制器或通用 MCU 进行驱动控制。
通过显微拍摄可清晰看到 ISG3201 的焊盘依次为 SW，PGND 和 VIN，独特的焊盘设计缩小了功率路径的环路面积，同时增大了散热面积，有效降低器件运行时的温升。相比传统分立的驱动器+氮化镓解决方案，电路设计更加简化，PCB尺寸更小巧，可设计单面布板，寄生参数更小，系统性能更优。
在应用方面，英诺赛科 ISG3201 半桥氮化镓功率芯片适用于高频高功率密度降压转换器，半桥和全桥转换器，D类功放，LLC 转换器和功率模组应用，可用于 AI，服务器，通信，数据中心等应用场景。48V 工作电压也满足 USB PD 3.1 快充以及户外电源相关应用，通过集成的半桥器件，简化功率组件的开发设计。
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Navitas 纳微
NV624X
NV624X是一款采用了Navitas 纳微半导体最新GaNSense 技术的新一代半桥氮化镓功率芯片系列产品，相比于现有的分立式方案，纳微半桥功率芯片可实现 MHz 级的开关频率，将有效降低系统损耗和复杂度。
纳微 NV624X 系列目前已有 NV6245C、NV6247 两款产品，额定电压均为 650V，均采用工业标准、薄型、低电感的 6x8mm PQFN 封装。纳微 NV6245C 内置2颗 275mΩ GaN FETs 和对应驱动器，可用于 65W ACF 拓扑快充电源、100W AHB 拓扑快充电源等产品中。
纳微 NV6247 内置2颗 160mΩ GaN FETs 和对应驱动器，实现桥式电源拓扑在 MHz 频率下运行。不仅如此，芯片同时还完美适配图腾柱 PFC 以及三相电机驱动等应用场景。
纳微 NV624X 半桥氮化镓功率芯片为电子元件创建了一个易于使用的系统构建块。相较分立式方案，革命性的单片集成方案能有效减少 60% 的元件数量及布局结构，进而减少系统成本、尺寸、重量与复杂性。
纳微 NV624X 半桥氮化镓功率芯片集成的 GaNSense 技术实现了前所未有的自动保护，提升了系统可靠性和稳定性，并结合了无损电流感测，达到更高层级的效率和节能水平。
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novosns 纳芯微
NSD2621
NSD2621是一颗高压半桥栅极驱动芯片，专门用于驱动E−mode（增强型）GaN 开关管。
NSD2621将隔离技术应用于高压半桥驱动，使得共模瞬变抗扰度更高，可以耐受700V的负压，有效提升了系统的可靠性。解决了GaN应用桥臂中点SW引脚的共模瞬变和负压尖峰问题。上下管的驱动输出都集成了内部稳压器LDO，可以有效抑制VDD或BST引入的高频干扰，有利于保持栅极驱动信号幅值稳定，保护GaN开关管栅级免受过压应力的影响。
NSD2621产品特性和功能一览图。
由于GaN器件可以实现反向导通，替代了普通MOSFET体二极管的续流作用，但是一旦负载电流过大会出现高反向导通压降，造成较大的传输损耗，降低了系统效率，所以NSD2621内置20ns~100ns可调的硬件死区时间，可以有效避免发生桥臂直通的情况，桥臂直通是指两个串联的电力电子开关器件同时导通，如果两端有电压，将导致直流电源短路，损坏桥臂功率器件。
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ST 意法半导体
ST意法半导体目前已推出至少5款MasterGaN半桥器件，MasterGaN器件内部集成了两颗 650V耐压的GaN开关管及驱动器，组成半桥器件，是一款先进的系统级功率封装，可输入逻辑电压信号轻松控制器件，支持零下40到125摄氏度工作温度范围。
MasterGaN1
ST意法半导体 MasterGaN1 内部集成半桥驱动器和两颗耐压650V，导阻150mΩ的高压GaN开关管，集成在9*9*1mm的QFN封装内，工作电流10A，低侧和高侧均具有欠压关闭保护。驱动器内置自举二极管，内置互锁功能，且具有准确的内部定时匹配。
图为ST MasterGaN1的评估板，连接为半桥输出，左侧为驱动信号输入，右侧为半桥输出，左侧下方是一颗稳压器，为MasterGaN1提供稳压供电。
通过评估板图片可以看出，MasterGaN1器件将控制信号和功率走线分开，便于走线布局设计。
ST意法半导体 MasterGaN1 通过内部集成半桥驱动器和GaN开关管来减少元件数量，同时其走线方便布局设置，可实现灵活简洁快速的设计。
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应用案例：
MasterGaN2
ST意法半导体 MasterGaN2 内部集成了半桥驱动器和两颗耐压650V的高压GaN开关管组成非对称半桥，上管为225mΩ，下管为150mΩ，集成在9*9*1mm的QFN封装内，工作电流最高10A，低侧和高侧均具有欠压关闭保护，可用于ACF拓扑。
MASTERGAN2为非对称设计的半桥结构，上管为225mΩ，下管为150mΩ，其余功能与MASTERGAN1一致，可用于ACF拓扑。
ST意法半导体 MasterGaN2 集成的驱动器内置自举二极管，内置互锁功能，且具有准确的内部定时匹配。
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MasterGaN3
MASTERGAN3是一款先进的功率系统封装集成，采用门极驱动器和两个增强模式GaN晶体管的非对称半桥配置。集成的功率GaN具有650 V的击穿电压，同时嵌入式门极驱动器的高侧可以通过集成的自举二极管轻松供电。
ST意法半导体 MasterGaN3 内部集成了半桥驱动器和两颗耐压650V的高压GaN开关管组成非对称半桥，上管为450mΩ，下管为225mΩ，集成在 9*9*1mm 的QFN封装内，工作电流最高6.5A，低侧和高侧均具有欠压关闭保护。
MASTERGAN3在上下驱动部分都具有UVLO保护，防止电源开关在低效率或危险条件下工作，互锁功能可以避免交叉传导条件。MASTERGAN3的工作温度范围为-40°C至125°C，适用于工业环境，采用9x9 mm QFN封装。
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MasterGaN4
ST意法半导体 MasterGaN4 内部集成半桥驱动器和两颗耐压650V，导阻225mΩ的高压GaN开关管，集成在9*9*1mm的QFN封装内，工作电流6.5A，低侧和高侧均具有欠压关闭保护。驱动器内置自举二极管，内置互锁功能，且具有准确的内部定时匹配。
MasterGaN4为对称半桥结构，内置两颗225mΩ导阻的高压GaN开关管。
ST意法半导体 MasterGaN4 通过内部集成半桥驱动器和GaN开关管来减少元件数量，同时其走线方便布局设置，可实现灵活简洁快速的设计。
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MasterGaN5
MASTERGAN5是一款先进的功率系统封装集成，采用门极驱动器和两个增强模式GaN功率晶体管的半桥配置。集成的功率GaNs具有650V的击穿电压，同时嵌入式门极驱动器的高侧可以通过集成的二极管轻松供电。
ST意法半导体 MasterGaN5 内部集成半桥驱动器和两颗耐压650V，导阻450mΩ的高压GaN开关管，集成在9*9*1mm的QFN封装内，工作电流4A，低侧和高侧均具有欠压关闭保护。驱动器内置自举二极管，内置互锁功能，且具有准确的内部定时匹配。
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Tagore 泰高技术
TTHB100NM
泰高技术推出国产氮化镓半桥芯片，其TTHB100NM 是一款集成2颗增强型氮化镓650V 100mΩ 氮化镓开关管及对应的驱动器的半桥功率芯片，用于高侧、低侧和电平转换。它内置了UVLO（欠压锁定）、过温和带故障输出信号的过电流保护，芯片内集成了用于高侧的启动电源。
泰高技术 TTHB100NM 具有12V~20V的宽电源工作范围，可应用在DC–DC转换、逆变器、手机/笔记本充电器、LED/电机驱动、图腾柱无桥PFC 应用、高频LLC转换器、服务器/AC-DC电源、有源钳位反激等场景中。
泰高技术 TTHB100NM 芯片采用低电感 8mm×10mm QFN 封装，低电感封装的集成驱动器允许在高压和高频中安全运行。开关频率高达2MHz，传输延迟低至 50ns，支持 50V/ns dV/dT 抗扰度, 外围元器件精简，具有非常紧凑和简便的布局，可实现灵活快捷的设计。
泰高技术 TTHB100NM 芯片 8mm×10mm QFN 封装看起来比较大，但是比起两颗8mm*8mm的GaN开关管加上独立的驱动器，占板面积大大缩小。同时合封器件也大大减小了寄生效应对效率的影响，提高电源产品的效率和可靠性。
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充电头网总结
氮化镓技术的出现，通过降低开关损耗和导通阻抗，提高效率，降低发热，大大减小了快充充电器的体积。而合封芯片的出现更是进一步提高集成度，将传统初级电路中两三颗芯片才能实现的功能，由一颗芯片完成，从而大大简化设计，越来越多的厂商也开始发力这一领域。
半桥电路作为升压或降压应用的重要基础，广泛应用在智能手机和笔记本充电器、电视、太阳能电池板、数据中心和电动汽车等场景中，而随着PD 3.1标准的落地，半桥拓扑在开关电源中的应用也将普及。
工程师在设计PD3.1电源产品时，相较于分立器件，使用半桥合封氮化镓器件不仅可以有效减小占板面积，同时合封器件也大大减小了寄生效应对效率的影响，提高电源产品的效率和可靠性。
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