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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）GaN憑借其優(yōu)越的性能，成為第三代半導(dǎo)體材料中的一員，在半導(dǎo)體領(lǐng)域中備受關(guān)注。本期文章主要講述目前國(guó)外主流GaN快充控制芯片，國(guó)產(chǎn)GaN快充控制芯片將在下一期文章中講述。
GaN不同于一般的MOS管，氮化鎵FET的橫向結(jié)構(gòu)中沒(méi)有P-N結(jié)、體二極管，也沒(méi)有反向恢復(fù)電荷（Qrr）。通過(guò)消除反向恢復(fù)損耗，氮化鎵可以在硬交換拓?fù)渲袑?shí)現(xiàn)高效的高切換頻率操作。
從源頭避免了損耗問(wèn)題的出現(xiàn)，DS極之間雙向?qū)ǎ珿aN與Si相比，GaN的禁帶寬度是Si的三倍，臨界擊穿電場(chǎng)是Si的十倍，在工作頻率方面GaN的開(kāi)關(guān)工作頻率有著顯著的提升，功率的提升有助于降低成本，減小體積，加上GaN在功率輸出方面較為突出，電路效率及開(kāi)關(guān)頻率方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)，GaN將會(huì)在快充領(lǐng)域成為中堅(jiān)力量。
GaN在不斷占據(jù)市場(chǎng)份額，據(jù)中信證券分析預(yù)測(cè)，2020年全球GaN充電器市場(chǎng)規(guī)模為23億元，2025年將快速上升至638億元，5年復(fù)合年均增長(zhǎng)率高達(dá)94％。
部分廠商GaN控制芯片對(duì)比
目前已有多家公司布局市場(chǎng)，并推出GaN的快充控制芯片，例如：安森美、德州儀器、英飛凌等。在中美貿(mào)易戰(zhàn)的大背景下，我國(guó)為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代，國(guó)內(nèi)廠商南芯、亞成微等，也相繼推出GaN主控芯片。
通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)，從電路拓?fù)鋪?lái)看主要分為三大類(lèi)：ACF、LLC、QR。從驅(qū)動(dòng)方面分為兩類(lèi)：可直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)。
ACF框架，ACF（全稱(chēng)：Active Clamp Flyback，中文：有源鉗位反激）有源鉗位反激電路在電路中主要是實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的電路，通過(guò)ZVS（零壓?jiǎn)?dòng)）和ZCS（零電流關(guān)斷）實(shí)現(xiàn)開(kāi)通或關(guān)斷的功能減小開(kāi)關(guān)損耗。
LLC框架，LLC是諧振電路，主要是諧振電感（L）、勵(lì)磁電感（L）、諧振電容（C）串聯(lián)組成LLC電路。同樣使用ZVS技術(shù)，該電路特點(diǎn)：工作頻率高、體積小、效率高、損耗小。
QR框架，準(zhǔn)諧振反激式開(kāi)關(guān)電源電路，本電路相較于前二者電路更為簡(jiǎn)單、方便調(diào)試、性?xún)r(jià)比也比較高。
主流芯片介紹
目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多的兩款控制芯片：1、TI UCC28782 2、安森美 NCP1342
1、TI UCC28782
（UCC28782 電路拓?fù)?圖片來(lái)源：TI官網(wǎng)）
UCC28782是一顆應(yīng)用于Type-C PD的高密度有源鉗位反激控制芯片，能夠在很大的工作區(qū)間內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)ZVS，功率能達(dá)93%以上。該芯片的頻率是可調(diào)的，最大頻率為1.5MHz。集成Boost自供電電路，支持頻率抖動(dòng)以降低EMI電磁干擾。自我調(diào)節(jié)模式、低功耗模式和備用電源模式同時(shí)工作能夠提高輕載效率，降低紋波和噪音。該芯片還集成了X電容，在停止充電時(shí)釋放電壓。
對(duì)PWML和PWMH之間的死區(qū)時(shí)間進(jìn)行了最佳調(diào)整，以幫助最小化ZVS所需的循環(huán)能量。因此，在軟開(kāi)關(guān)拓?fù)涞拇笠?guī)模生產(chǎn)中，可以顯著提高系統(tǒng)整體的效率，并獲得更一致的效率。RTZ、RDM、BUR、IPC和SETP腳的編程特性提供了豐富的靈活性，以?xún)?yōu)化在輸出功率和操作頻率級(jí)別范圍內(nèi)的功率級(jí)效率。
UCC28782還集成了更強(qiáng)大的保護(hù)功能，以最大限度地提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。這些功能包括主動(dòng)X電容器放電、內(nèi)部軟啟動(dòng)、輸出過(guò)電壓（OVP）、輸入線路過(guò)電壓（IOVP）、輸出過(guò)功率（OPP）、系統(tǒng)過(guò)溫（OTP）、開(kāi)關(guān)過(guò)電流（OCP）、輸出短路保護(hù)（SCP）和引腳故障。該控制器為OVP、OPP、OTP、OCP和SCP故障提供了自動(dòng)恢復(fù)和閉鎖響應(yīng)選項(xiàng)。
該芯片集成了很多功能，有效降低外部元器件數(shù)量及尺寸大小，提高了性?xún)r(jià)比和便攜性。使用該芯片的主要充電器有：realme 50W mini閃充氮化鎵充電器。
2、安森美 NCP1342
（NCP1342 電路拓?fù)?圖片來(lái)源：安森美官網(wǎng)）
NCP1342利用當(dāng)前的QR框架實(shí)現(xiàn)了一個(gè)準(zhǔn)諧振反激轉(zhuǎn)換器，其中開(kāi)關(guān)的關(guān)閉由峰值電流決定。該集成電路是一個(gè)理想的候選方案，其中低零件數(shù)和成本效益是關(guān)鍵原因，特別是在交流—直流適配器，開(kāi)放的框架電源等。
NCP1342集成了現(xiàn)在電源設(shè)計(jì)中通常需要的所有必要組件，帶來(lái)了一些增強(qiáng)，如非功耗過(guò)功率保護(hù)（OPP）、斷電保護(hù)和變頻管理，以?xún)?yōu)化整個(gè)功率范圍內(nèi)的效率。考慮到極低的備用功率需求，控制器具有最小的電流消耗，并包括一個(gè)自動(dòng)X2電容器放電電路，消除了在X2輸入電容器上安裝功率消耗電阻的需要。
NCP1342采用的是高頻QR的框架，據(jù)公開(kāi)信息顯示，對(duì)市面上131款GaN快充充電器進(jìn)行拆解其中使用QR框架的產(chǎn)品占比高達(dá)七成以上，雖然LLC電路以高效，高功率的特點(diǎn)備受工程師青睞，但是占比僅有一成左右。NCP1342之所以能在GaN快充控制芯片領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用與其框架息息相關(guān)。使用該芯片的主要充電器有：魅族65W氮化鎵快充、倍思65W氮化鎵快充。
這兩款芯片都沒(méi)有內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，需要在電路中搭載驅(qū)動(dòng)芯片。在電路方面NCP1342比UCC28782更為簡(jiǎn)潔，能有效地控制成本。在芯片封裝方面NCP1342有SOIC-8和SOIC-9兩種供工程師選擇，而UCC28782只有WQFN-24一種。在調(diào)試方面，因?yàn)榉庋b的問(wèn)題，NCP1342引腳外置對(duì)工程師調(diào)試過(guò)程更為友好。
（NCP1342 SOIC-8 SOIC-9 圖片來(lái)源：安森美官網(wǎng)）
（UCC28782 WQFN-24 圖片來(lái)源：TI官網(wǎng)）
總結(jié)
GaN的出現(xiàn)推動(dòng)了電源行業(yè)的發(fā)展，快充功率從30W到120W不等。從目前市面來(lái)看，主流的氮化鎵快充輸出功率為65W。國(guó)產(chǎn)企業(yè)研發(fā)的主控芯片相繼推出市場(chǎng)，氮化鎵快充的成本將會(huì)降低，也更會(huì)被消費(fèi)者接受。
