國產GaN控制芯片在快充領域的優勢與不足

（文/李誠）上一期文章講述了國外廠商主流的GaN快充主控芯片，其中安森美NCP1342解決方案被眾多廠商使用。其實，除了國外的GaN控制芯片，國內的GaN控制芯片這幾年發展得也不錯，特別是今年突如其來的芯片缺貨問題，更是加快了國產GaN控制芯片發展的步伐，不少之前使用國外控制芯片方案商和終端廠商開始切換到國內企業的產品。

國內主流GaN快充控制芯片

近年來，我國半導體在氮化鎵、氮化硅領域發展迅速，眾多廠商實現了芯片量產?，F已推出了量產化氮化鎵快充控制芯片的廠商有：南芯、亞成微、誠芯微、美思迪賽、茂睿芯等。值得一提的是，茂睿芯在控制芯片、功率器件方面均有研究，并且給出一套完整的快充解決方案。

以上是對國內部分廠商公開的數據進行統計，相較于上一期文章的統計，在電路方面主要還是以QR為主，還增加了DCM/CCM，工作頻率最高達63KHz~260KHz，在驅動方面大多是內部集成驅動芯片。上期文章已解釋過QR架構，本期該小節主要對DCM、CCM進行講解。

CCM架構：CCM (Continuous Conduction Mode)，連續導通模式：在一個開關周期內，電感電流從不會到0，意味著在開關周期內電感磁通從不回到0，功率管閉合時，線圈中還有電流流過。

DCM架構：DCM，Discontinuous Conduction Mode）非連續導通模式：在開關周期內，電感電流總會回到0，意味著電感被適當的“復位”，即功率開關閉合時，電感電流為零。與CCM相比，DCM功耗低、轉換效率高、輸出紋波大。

芯片參數對比

上表是對國內部分廠商GaN控制芯片與NCP1342參數的對比。在芯片封裝方面引腳由6Pin~10Pin不等，與安森美NCP1342 8Pin~9Pin相比，部分國產芯片一個Pin腳就集成多種功能，封裝更為精簡，有利于優化PCB的排版布局，減小產品體積。國產芯片與NCP1342相比在待機能耗方面有待提高。在高壓啟動方面，亞成微RM6601SN啟動范圍也達到了700V，大大縮短啟動時間。

芯片介紹

1、美思迪賽MX6520

（MX6535 圖片來源：datasheet）

MX6535的發布是我國在氮化鎵領域的一大突破，美思迪賽是繼安森美和德州儀器后第三家推出氮化鎵快充主控芯片的公司，改變了外國技術壟斷，我國氮化鎵控制芯片、驅動芯片依賴進口的局面。

MX6535是我國首顆氮化鎵控制芯片，內部集成相較于安森美NCP1342更高，除了控制器還集成了柵極驅動電路，進一步減少元器件及產品體積。該芯片采用主流的QR架構，構建峰值電流模式PWM的反激式電源。為了實現高性能低EMI，低待機功耗和許多保護功能進行優化。MX6520可以在沒有傳統的二次反饋電路的情況下，實現緊密的多級恒壓和多級恒流調節。它還消除了對回路補償組件的需要，同時保持在所有操作條件下的穩定性。MX6520擁有全面保護及自動恢復的功能，包括循環電流限制、不同輸出電壓的過壓保護、反饋回路開路保護、短路保護、欠壓保護、過溫保護等。

在功能方面支持USB-PD3.0，輸出電壓范圍3.3V~20V。支持高通QC2.0/3.0、華為FCP、三星ACF等協議。該芯片在電路方面使用元器件較少，體積較小，能在單面板上使用。

2、茂睿芯MK2697G

（MK2697G 圖片來源：茂睿芯官網）

茂睿芯算是氮化鎵快充行業中的一匹黑馬，該企業在ACDC、DCDC、同步整流、功率驅動、智能保護開關等領域均有發展，是國內為數不多能夠為氮化鎵快充提供完整解決方案的企業。

MK2697G采用的是QR架構，專門為PD快充優化的高頻主控芯片。該芯片工作電壓在9V-90V，開關頻率最高可達200KHz，能充分體現氮化鎵的優勢提高轉換效率。對驅動電壓進行過優化，可直接驅動E-GaN。該芯片還集成了專有的軟起動電路，可降低SR Vds應力。

在電路保護方面，該芯片具有輸出OV、 OPP、 VCC 、OVP、BROWN-IN/OUT，還提供了副邊SR短路保護，PIN腳OPEN/SHORT保護，以及輸入電壓OVP保護等。

該芯片可配合自家的同步整流芯片使用，茂睿芯有自己的專利技術，可以在無需輔助繞組的情況下直接連接正端實現為VCC供電。

茂睿芯憑借其高度集成的芯片和簡潔的短路網絡，以及完整的解決方案，得到了眾多快充廠商的認可。

3、南芯SC3021

（南芯SC3021系列電路拓撲 圖片來源：南芯官網）

南芯SC3021系列，該系列芯片采用QR架構，內部集成驅動及高壓電流源，有X電容放電功能，僅提供啟動電流，其他時間不運行，以此降低能耗。還具有自適應開關折返功能，能在負載范圍內實現更高的效率。該系列還集成了過流保護（AOCP），它可以在原邊控制最大的輸出電流。AOCP是專門為USB-PD方案、PD控制器設計的。AOCP可以降低二次同步整流的電流應力。提供全面的保護，以防止電路在不正常情況下受到損壞。此外，還具有抖頻和智能驅動功能可使噪聲最小化，從而改善EMI的性能。SC3021B與SC3021A不之處只是工作頻率的不同。

4、亞成微RM6601SN

（RM6601SN 電路拓撲 圖片來源：亞成微官網）

RM6601SN是一款PWM開關控制芯片，采用QR架構，在全電壓范圍內待機功耗小于65mW，該芯片固定頻率130KHz，在QR模式下工作時，采用零電壓啟動技術，降低開關損耗。RM6601SN采用專有的啟動技術，搭配Emode GaN功率器件有助于改善產品的EMI。該芯片還集成了多種保護模式和補償電路，包括VCC OCP、內置OTP、外置OVP、欠壓保護（UVLO）和過流保護、過載保護、CS短路保護、輸出肖特基短路保護等，并且內置了斜坡補償、ZVS線電壓補償。RM6601SN的應用領域為：PD/QC快充、大功率適配器、TV電源等。

5、誠芯微CX2006

（CX2006電路拓撲 圖片來源：誠芯微）

CX2006是一顆峰值電流PWM控制器，采用CCM和DCM架構，重載情況下工作固定頻率112KHz。在輕載或空載時會進入跳頻模式，進一步降低系統開關損耗并且滿足100mW的待機功率。能夠實時偵測負載情況，調試工作頻率，實現較高的系統轉化效率。

在電路方面CX2006內部集成斜坡補償電路、軟起動電路、軟驅動電路。為改善EMI在軟驅驅動電路加入了抖頻控制。在保護方面CX2006 內置逐周期峰值限流保護（OCP）、過載保護（OLP）、VDD 過壓保護（OVP）、VDD 電壓箝位、欠壓保護（UVLO）、過溫保護（OTP）等。CX2006應用領域有：PDA、數碼相機、攝像機電源適配器、機頂盒電源等

總結

國產氮化鎵快充控制芯片與上一期文章提到的主流芯片安森美NCP1342相比，在驅動、芯片供電、電路等都做了進一步的優化，將驅動集成于芯片內，能夠直接供電給氮化鎵芯片，外圍電路更為簡單。但是國產氮化鎵快充主控芯片在待機能耗方面還有待提高。