氮化镓相比傳統的矽器件，明顯的提升是減小(xiǎo)了充電(diàn)器的體(tǐ)積，使同功率充電(diàn)器的體(tǐ)積隻有原來的一(yī)半大(dà)小(xiǎo)，同時效率也得到同步的提升，降低充電(diàn)器的散熱需求。

圖爲小(xiǎo)米三款65W充電(diàn)器體(tǐ)積對比，可以看到使用了氮化镓功率芯片的AD65G，體(tǐ)積僅爲使用常規矽功率器件的CDQ07ZM一(yī)半大(dà)小(xiǎo)。氮化镓的使用大(dà)大(dà)提高了充電(diàn)器的功率密度，減小(xiǎo)充電(diàn)器的體(tǐ)積。

氮化镓具有高耐壓、高速開(kāi)關、低導通電(diàn)阻、高效率的特性，可以支持更高的開(kāi)關頻(pín)率，可以減小(xiǎo)充電(diàn)器的磁性元件，如變壓器，電(diàn)感等體(tǐ)積，同時損耗更低。使用氮化镓能讓充電(diàn)器在體(tǐ)積做小(xiǎo)的同時，内部設置多口輸出的降壓電(diàn)路，而不增加整體(tǐ)體(tǐ)積，提高充電(diàn)器的競争力。

氮化镓用于PFC電(diàn)路的優勢

本次選取了兩款同爲120W的充電(diàn)器，其中(zhōng)均采用了PFC電(diàn)路，分(fēn)别選用常規矽器件和氮化镓器件，[敏感詞]将從矽器件和氮化镓器件的參數上進行對比。

小(xiǎo)米120W充電(diàn)器是搭配小(xiǎo)米10至尊紀念版手機推出的一(yī)款充電(diàn)器，采用小(xiǎo)米魔改USB-A接口，支持20V6A輸出，可在5分(fēn)鍾内爲4500mAh電(diàn)池充入41%電(diàn)量，處于行業中(zhōng)的佼佼者。同時這款充電(diàn)器還支持65W PD快充，可爲筆記本充電(diàn)，一(yī)頭多用。

小(xiǎo)米120W充電(diàn)器的PFC升壓級使用了意法半導體(tǐ)的STL24N60M6，是一(yī)顆耐壓600V的NMOS，導阻爲209mΩ。STL24N60M6采用PowerFLAT 8x8 HV封裝，适用于開(kāi)關應用，LLC轉換器和升壓PFC轉換器應用。[敏感詞]是這款管子的詳細參數部分(fēn)，其中(zhōng)Ciss即栅極的輸入電(diàn)容，爲960pF。

體(tǐ)二極管參數，STL24N60M6的體(tǐ)二極管反向恢複電(diàn)荷在60V，常溫下(xià)反向電(diàn)荷爲2.3μC，反向恢複時間爲225ns。

尚巡120W氮化镓适配器爲折疊插腳，自帶圓口輸出線纜，固定19V輸出，可用于顯示器，筆記本電(diàn)腦及NUC電(diàn)腦應用，體(tǐ)積和重量相比傳統120W電(diàn)源顯著縮小(xiǎo)。尚巡120V氮化镓适配器的升壓級采用英諾賽科INN650D02，是一(yī)顆耐壓650V的增強型氮化镓開(kāi)關管，導阻爲200mΩ。

英諾賽科INN650D02采用DFN8X8封裝，支持超高的開(kāi)關頻(pín)率，并且無反向恢複電(diàn)荷，可應用于圖騰柱PFC等高頻(pín)高密度快充應用。

英諾賽科INN650D02的Ciss輸入電(diàn)容僅爲70pF。

同時由于氮化镓無反向恢複電(diàn)荷，INN650D02反向恢複電(diàn)荷、恢複時間和反向恢複峰值電(diàn)流均爲0。這裏意法半導體(tǐ)STL24N60M6參數與英諾賽科INN650D02參數相近，封裝也類似，所以采用這兩顆管子進行常規矽器件與氮化镓器件的性能對比。

栅極電(diàn)荷的對比

首先是栅極電(diàn)荷，STL24N60M6的栅極電(diàn)荷爲960pF，INN650D02的栅極電(diàn)荷爲70pF。之前的All GaN快充解決方案中(zhōng)介紹過，Ciss等效爲一(yī)個電(diàn)容，可以理解成，爲電(diàn)容充電(diàn)，栅極達到開(kāi)啓電(diàn)壓，器件導通，爲電(diàn)容放(fàng)電(diàn)，電(diàn)壓爲零，器件截止。

Ciss的減小(xiǎo)，可以顯著減小(xiǎo)初級控制器或外(wài)挂驅動器的功耗，可以降低驅動器的溫升，提高穩定性并提高效率，另外(wài)氮化镓器件6V的驅動電(diàn)壓，相比矽MOS10V的驅動電(diàn)壓降低，也降低了驅動器的驅動難度。爲電(diàn)源運行在更高的頻(pín)率下(xià)夯實了基礎。

另外(wài)栅極電(diàn)荷充電(diàn)，在傳統的MOS管上帶來了開(kāi)通損耗和關斷損耗，也就是上升時間和下(xià)降時間。在這個時間内，MOS管處于線性區，從而産生(shēng)開(kāi)關損耗。氮化镓的栅極電(diàn)荷非常小(xiǎo)，上升和下(xià)降時間都非常短，這個開(kāi)關損耗是非常小(xiǎo)的。

反向恢複

這裏引用恩智浦 TEA19162T的應用電(diàn)路圖舉例。

這是充電(diàn)器中(zhōng)應用非常廣泛的升壓PFC電(diàn)路圖，M1就是PFC升壓開(kāi)關管。常規矽MOS由于結構和工(gōng)藝原因，都會有一(yī)個體(tǐ)二極管。而二極管必然存在結電(diàn)容。也就是說，整流後的電(diàn)壓，會通過電(diàn)感先給MOS管的體(tǐ)二極管充電(diàn)，體(tǐ)二極管儲存的電(diàn)荷，在MOS管導通時，通過MOS管的DS釋放(fàng)，在MOS管關閉時，也是同步爲體(tǐ)二極管充電(diàn)。

MOS管的體(tǐ)二極管充放(fàng)電(diàn)及恢複電(diàn)荷制約了PFC的開(kāi)關頻(pín)率，電(diàn)容充放(fàng)電(diàn)的功率損耗拉低了電(diàn)源的轉換效率，還拉高了系統中(zhōng)的峰值電(diàn)流，造成EMI幹擾。而氮化镓器件因爲沒有體(tǐ)二極管，沒有反向恢複電(diàn)荷，所以沒有充放(fàng)電(diàn)損失，沒有峰值電(diàn)流，能夠有效提高開(kāi)關頻(pín)率并提高效率。

總結

氮化镓以易驅動，無反向恢複的優勢，非常适合于硬開(kāi)關應用。通過應用氮化镓器件到充電(diàn)器中(zhōng)，消除了體(tǐ)二極管的電(diàn)容充放(fàng)電(diàn)損耗，提高了電(diàn)源轉換效率。同時得益于損耗降低，還可以提高充電(diàn)器的開(kāi)關頻(pín)率，縮小(xiǎo)充電(diàn)器體(tǐ)積。

目前氮化镓器件已經廣泛應用在快充上，未來，氮化镓将在更多的功率轉換場合中(zhōng)發揮更重要的作用，應用在服務器電(diàn)源中(zhōng)，可降低大(dà)功率電(diàn)源損耗數十瓦，爲降低數據中(zhōng)心，5G基站能耗做出貢獻。應用在新能源汽車(chē)中(zhōng)，可生(shēng)産效率更高，體(tǐ)積更小(xiǎo)的車(chē)載充電(diàn)器。氮化镓未來還将應用在更多的設備中(zhōng)，改變我(wǒ)們的生(shēng)活。