Power Integrations（PI）于2019年7月27日發布了結合PowiGaN技術的全新InnoSwitch?3系列恒壓/恒流離線反激式開關電源IC，利用GaN（氮化鎵）技術，讓InnoSwitch的產品在整個負載范圍內提供95%的高效率轉換，并且在密閉適配器內不使用散熱片的情況下可提供100 W的功率輸出。

這款產品的發布日期專門選在了PI二季度財報當天，足見該技術對PI未來的重要性。PI總裁兼首席執行官Balu Balakrishnan表示：“在實現高效率和小尺寸方面，氮化鎵是一項明顯優于硅技術的關鍵技術。我們預計眾多電源應用會從硅晶體管快速轉換為氮化鎵。自從我們在18個月之前推出硅技術新器件以來，InnoSwitch3已成為離線開關電源IC市場當之無愧的技術先行者，隨著我們的反激式產品在效率和功率能力的提高，新的氮化鎵IC進一步鞏固了我們的優勢地位。”

實測結果顯示，帶有PowiGaN技術的InnoSwitch3系列可以實現超過100W的輸出功率，同時Rdson損耗達到了最低，效率也是前所未有的高。

為什么要使用氮化鎵

Balu Balakrishnan表示，移動設備正在進入快速充電器的新階段，受到多種融合趨勢的催化。

首先是新的USB PD充電標準，它與新的Type-C連接器配合使用，可以為任何移動設備提供高達100瓦的功率。

其次，OEM的產品為了延長電池使用時間而做得容量越來越大，預計5G手機時代更加明顯，這會消耗更多功率，但也會鼓勵更多地使用耗電量大的功能，例如流媒體視頻。

第三，隨著手機市場陷入低增長或負增長，許多OEM已將充電速度視為差異化競爭力，快充成為了整個行業的趨勢，將在未來幾年內繼續發揮作用。

“我們相信我們擁有業界最好的技術來應對快速充電趨勢，我們認為隨著功率水平的不斷提高，公司的技術優勢將會增加。效率在快充中至關重要，因為適配器的外形太小，同時缺乏主動散熱功能，容易造成散熱不好，而集成也很關鍵，因為高功率充電器通常具有更高的復雜度和更多的元件數。而PI的 InnoSwitch產品無論效率還是集成度，都是市場的領導者。 ”Balu說道。

Balu強調，“我相信我們是目前唯一一家大批量生產高壓GaN基產品的公司，事實上，目前一些零配件市場已經采用了我們的GaN產品。”

Balu表示，PI在時機上處于有利位置，同時在技術方面也是如此，PI所專長的高可靠，無需光電耦合器的技術可以為客戶提供諸多便利。“事實上，我們迄今為止所做的大部分工作是由客戶推動的，他們來找我們要求為他們提供產品。”Balu說道。

Balu認為，GaN的關鍵點不在適配器，而是功率轉換的本身，一般來說，30至40瓦應用的任何產品都有機會用到GaN技術，更高功率的產品更是只有GaN可以滿足。

PI GaN系列產品初出茅廬便嶄露頭角

根據充電頭網的拆解顯示，包括Anker、Aukey、Ravpower等多家公司均已采用了PI的PowiGaN方案，而無一例外，所有配件廠都將GaN技術作為產品的主要賣點之一。正如Anker CEO陽萌在紐約發布會中所說：“傳統充電器使用Si（硅）作為半導體材料，不僅體積占比高而且效率低下，在充電時由于散熱問題會浪費了20%的潛在能量。安克創新在過去的12個月一直在研究GaN技術，就是為了讓充電器降低能量損耗，同時充分減小其尺寸。”

比如充電頭網曾經拆解的ANKER著名的PowerPort Atom PD 1氮化鎵充電器，就是采用了PI的SC1933C，內置氮化鎵技術，不過當初PI還沒有對外公布PowiGaN這項技術，因此也誤稱為PI InnoGaN 系列，但無論如何這都是PI面向商用的首款GaN產品，并且近半年來也得到了市場的充分驗證。

在SC1933C中并沒有明確指出GaN產品。

但是在InnoSwitch3的Datasheet中已明確指出包括INN3379C及INN3370C采用了750V GaN 開關。

PowiGaN技術的優勢

氮化鎵憑借其禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強和良好的化學穩定性等優越性質，確立了其在制備寬波譜、高功率、高效率的微電子、電力電子、光電子等器件方面的領先地位。

PI資深技術培訓經理閻金光（JASON YAN）指出，具體在PI所專注的充電領域，氮化鎵具有包括Rdson更小以及開關損耗降低。Rdson的降低，意味著導通電阻更小，也就是帶來更小的導通損耗。而對于開關損耗來說，主要是從電壓從高壓到0時電流從0到最大，這其中的交疊區域會產生功耗，GaN由于可以具有更高的轉換頻率，因此開關損耗也更低。

如上圖所示，對于導通損耗與開關損耗來說，GaN都比Si MOSFET要小，也因此實現了更小的尺寸和更低的功耗損失。

閻金光表示，正是因為GaN的效率足夠高，因此可以節省散熱片設計，從而實現小尺寸高效率的緊湊型適配器設計，通過更好地控制內部溫升，以及GaN相對Si更強的抗高溫特性，因此十分適合對體積、效率和壽命都有要求的場合。

具體來說，包括非原裝USB PD適配器、高端手機充電器、筆記本適配器及其他隊尺寸或效率有要求的諸如家電、電視機、服務器待機電源、電腦、游戲機等，此外還有一些希望采用InnoSwitch系列產品，但是又需要更高功率輸出的場合都是PowiGaN產品應用的市場。

為什么GaN剛剛開始騰飛？

閻金光表示，十幾年前業界就開始進行第三代寬禁帶半導體的產業化研究工作，但無論是GaN還是SiC的良率都非常低，因此成本很高。同時GaN的應用還非常難，因為是高速器件，PCB Layout非常敏感，EMI設計很難，而PI通過集成化方式，將所有設計挑戰都放到了芯片內部，增加了產品的可靠性，降低了設計難度，使得GaN技術的大批量市場化應用成為可能。

“從電源設計流程到器件的開關頻率、工作波形、外部元件的選用以及EMI/ESD考量等，PowiGaN技術的InnoSwitch3和以前沒有任何區別，更加易于被設計工程師所接受。”閻金光說道。

閻金光補充道，針對GaN的電源應用，我們并不崇尚更高開關頻率的應用。雖說頻率越高的話變壓器體積可以做得越少，但是頻率高意味著電磁干擾越強，為了滿足EMI規格需要增加額外的濾波器等電路，反而會增加整個方案的體積，因此在InnoSwitch3中GaN的工作頻率和過去的基于MOSFET的產品一樣，這也是權衡的結果。

Balu也在投資者峰會時說過類似的話，PI的GaN技術與目前普遍討論的GaN技術不同，PI是完全在內部開發的，并且是專門針對電源轉換設計的應用。其次，GaN尚未商業化的原因主要是因為GaN在分立電路中非常難以駕馭，頻率太快，很難對其控制或者保護，PI的解決方式是集成在系統級芯片中，解決了客戶使用難題。“事實上，如果你把帶有GaN的Inno 3放在其中，除了性能更好，它看起來就和其他Inno 3一樣。“PI內部研究了所有的安全功能并以適當的方式驅動GaN，并且我們有著多年的研發經驗，達到了批量出貨階段，并且得到了客戶的積極反饋。”

閻金光特別強調，PI的PowiGaN技術采用的是單芯片方案，并且所有的工藝都是由PI自己開發的，完全專有的技術，不會被其他廠商所利用，同時在供應鏈方面PI也選擇的是長期穩定的代工合作伙伴，保證產品的穩定性和可靠性。

PowiGaN應用到InnoSwitch3的各系列中

目前InnoSwitch3的全系產品 （CP/EP/Pro）都已成功導入GaN技術，并實現量產。

如圖所示，其中CP是恒功率應用場合，EP適合敞開式應用，而PRO則帶有數字接口，支持USB PD+PPS模式，可以使得適配器的輸出更加精準，無需手機內部額外的DC-DC轉換器，實現適配器輸出的智能化數字化控制。

為了加速PowiGaN技術和InnoSwitch3系列產品的上市周期，PI開發了諸多參考設計，主要就是為了USB PD所開發。

“2018年我們的GaN產品就已經投入市場，目前來看安全性得到了充分驗證，沒有一顆料失效返廠，我們相信GaN代表著未來，尤其是等一線OEM們認識到GaN的安全性，高效性之后，一定會有更大的增長空間。”閻金光說道。

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