快充技术的背后GaN技术详解

今天我们就来聊聊快速发展的快充技术。

截至目前，华为、OPPO、vivo、小米等都在积极布局智能手机快充技术，行业已经宣布100W快充将会量产。事实上，截至目前，虽然100W快充还未正式面试，但65W快充已经在OPPO前不久发布的RenoAce正式量产！

而该款目前行业充电速度最快的手机，其只需要半个小时就能够将手机电量充满！在这一技术实现过程中，氮化镓（GaN）技术则是背后的重要功臣！从目前行业来看，今后手机快充技术的提升，可能都将会有GaN技术的身影！

据了解，前不久，PowerIntegrations（PI）就推出了一款新的基于氮化镓（GaN）技术的芯片InnoSwitch3系列。采用了PowiGaN技术的InnoSwitch3恒压/恒流离线式反激式开关电源IC在各种负载条件下均可提供高达95%的高效性能。

资料显示，氮化镓相比传统硅基半导体，有着比硅基半导体出色的击穿能力，更高的电子密度和电子迁移率，还有更高的工作温度。这首先体现了低损耗和高开关频率，低损耗可降低导阻带来的发热，高开关频率可减小变压器和电容的体积，有助于减小充电器的体积和重量。同时GaN具有更小的Qg，可以很容易的提升频率，降低驱动损耗。

据手机报在线得知，PowiGaN初级开关具有极低的开关和导通损耗，并且新器件采用节省空间的InSOP24D表面贴装型封装，在密闭的适配器应用中无需使用散热片即可提供100W的输出功率。

此次PowerIntegrations推出的InnoSwitch3系列芯片总共有三款，根据不同的使用环境分为InnoSwitch3-CP（恒功率）、InnoSwitch3-EP（适合敞开式应用）、InnoSwitch3-Pro（数字控制）。

据介绍，准谐振模式的InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-ProIC在一个表面贴装封装内集成了初级功率开关、初级和次级控制电路以及期间相链接的安全隔离型高速链路(Fluxlink™)，同时集成了次级SR驱动器和反馈电路。PowiGaN所具有的卓越开关性能可大幅提高效率，从而实现紧凑的适配器设计。

从应用场景来看，其可用在移动设备、机顶盒、显示器、家电、网络设备和游戏机的USB-PD和大电流充电器/适配器。其中，InnoSwitch3-CP和InnoSwitch3-EP的电源特性可以通过改变硬件参数的方式进行配置，而InnoSwitch-Pro集成先进的数字接口，可通过软件实现对恒压和恒流的设置点、异常处理以及安全模式选项的控制。

简而言之，InnoSwitch3系列的革新设计将输出功率提升到100W以上。其主要原理是应用到GaN开关技术降低导通损耗和开关损耗。导通损耗由导通电阻决定，在电流一定的情况下，当电阻越低时损耗也就越低。而GaN开关技术可以将导通电阻做到更小，从而降低导通损耗。于此同时，利用氮化镓技术的本质特征将开关损耗做到最低。这两方面的共同作用实现了利用PowiGaN开关技术的产品的优质性能。

事实上，基于PowiGaN的InnoSwitchTM3设计不但可实现95%的满载效率，从而再适配器设计中可省去散热片。此外，PowiGaN的高效率还可提高60WUSBPD电源再各种负载下的性能，再115VAC下的平均效率为92.5%，在230VAC下则为93.3%。

据PowerIntegrations总裁兼首席执行官BaluBalakrishnan此前表示：“在实现高效率和小尺寸方面，氮化镓是一项明显优于硅技术的关键技术。我们预计众多电源应用会从硅晶体管快速转换为氮化镓。自从我们在18个月之前推出硅技术新器件以来，InnoSwitch3已成为离线开关电源IC市场当之无愧的技术先行者，随着我们的反激式产品在效率和功率能力的提高，新的氮化镓IC进一步巩固了我们的优势地位。”

尽管该款芯片推出的时间还不久，但是已经开始大批量被行业采用。前不久，PowerIntegrations公司CEOBaluBalakrishnan亲手将第一百万颗氮化镓IC交到了安克CEO阳萌手中。

阳萌也表示：“通过使用基于PowiGaN技术的InnoSwitch3IC，我们能够为市场提供更为紧凑、轻巧的大功率输出USBPD充电器。我们很高兴能利用这一创新的技术，帮助所有用电设备实现更快速充电的目标。我们相信，这一技术优势将会让我们获得积极的市场反馈和良好的客户反响。”

值得一提的是，PowerIntegrations推出的芯片中，并不仅仅是InnoSwitchTM3系列采用了PowiGaN技术，其推出的LYTSwitch-6LED驱动器芯片同样，采用PowiGaN技术，可通过简单灵活的反激拓扑实现高达110W输出功率和94%转换效率的设计。

据悉，新的LYTSwitch-6IC具有极高的效率，无需使用散热片，可大幅减小镇流器的尺寸和重量，并降低对驱动器周边风冷环境的要求。750VPowiGaN初级开关可提供极低的RDS(ON)，并降低开关损耗。相较于常规方案，这一改进结合LYTSwitch-6现有的诸多特性，可使功率转换效率提高3%，进而减少三分之一以上的热能浪费。

LYTSwitch-6IC采用PowiGaN技术，可提供无损耗电流检测，有助于提高效率。LYTSwitch-6产品系列的新器件仍保留了快速动态响应等优势，可为并联LED灯串提供优异的交叉调整率，并且无需额外的二次稳压电路，同时还支持无闪烁系统工作。这些优势可以保证更加易于实现使用脉宽调制(PWM)接口的调光应用。

据了解，PowerIntegrations全新的InnoSwitch3IC现已开始供货，基于10,000片的订货量每片单价为4美元。并且PowerIntegrations网站提供了五款新的参考设计，均为输出功率介于60W到100W的USB-PD充电器，此外还提供了自动化设计工具PIExpert™以及其他技术支持文档。而基于GaN的LYTSwitch-6LED驱动器IC现已开始供货，基于10,000片的订货量每片单价为3.14美元。