引领未来，年轻的纳微用GaNSense构建起技术“护城河”

成立于2014年的纳微半导体，是一个比较年轻的公司，但它取得的成绩是惊人的。以技术为基因的纳微半导体，目前已拿到的专利数超过200件，还有100多件正在准备申请中。纳微半导体深耕在氮化镓领域20多年，创造性地将氮化镓器件与驱动、控制和保护功能集成在一起，为移动设备、消费产品、企业、电动汽车和新能源市场提供充电更快、功率密度更高和节能效果更好的产品。2021年10月20日，纳微半导体敲响了纳斯达克的开市钟，上市当日企业价值超过10亿美元。

对于强化产品竞争力，纳微半导体有自己的一套策略。它追求强强联合，希望通过优势互补，营造集成增势的效果。例如，与世界级的晶圆代工厂台积电联合生产6寸的晶圆；采用全球前三名的封测厂Amkor Technology的产品，品质控制做到零故障；与全球高知名度厂商小米、OPPO、联想、DELL等合作开发氮化镓的材料方案。目前纳微半导体已出货3000万颗以上氮化镓功率芯片，现场零故障，拥有90%以上的良率，承诺产能，交货期仅为12周。

氮化镓有望取代硅成为行业新宠

随着近些年氮化镓通过自身的优化、产能的提升、成本的控制，慢慢地落地到消费类、工业类应用里，纳微半导体迎来了快速发展。使用氮化镓快速充电器的消费类产品逐渐增多，比如手机、游戏机、平板、平面电视等。消费者期望产品更小、更轻、更高功率，这恰好符合氮化镓可以提升充电器的功率，让电池体积变小，适应多口充电的特性。根据IDC PC Tracker, USB-C research, Yole Research和纳微半导体的估算，未来将会有超过25亿美元的氮化镓芯片投资机会。

此外，数据中心、太阳能发电站，以及电动汽车也是纳微半导体比较关注的领域。推广氮化镓是实现碳排放、碳中和非常重要的手段。据估算，每出货一个氮化镓功率芯片，生产制造过程相比硅芯片可以减少4公斤二氧化碳的排放。纳微半导体销售营运总监李铭钊指出，如果数据中心采用氮化镓材料，那么一年可以节省19亿美元左右的电费，这是非常巨大的。如果太阳能逆变器采用氮化镓材料，那么它可以缩减微型逆变器的尺寸、重量和成本，使太阳能逆变器的成本降低25%以上，节省最多40%的能源，将推动清洁能源大幅发展。而如果电动汽车采用氮化镓材料，那么电动车的普及将提前三年。它可以将汽车的充电速度提高3倍，使电力电子设备节能70%，延长5%的行驶里程，降低5%的电池成本。

GaNSense^TM助力GaNFast^TM氮化镓功率芯片解决更复杂问题

2019年在中国上海成立的GaNFast^TM功率芯片设计中心，拥有世界级的氮化镓功率芯片设计团队和知识产权。这标志着纳微半导体从氮化镓功率芯片向氮化镓功率专用芯片研究领域的迈进。

2021年11月14日，纳微半导体宣布推出全球首款采用GaNSense^TM技术的智能GaNFast^TM氮化镓功率芯片。GaNSense^TM技术集成了关键、实时、智能的传感和保护电路，进一步提高了纳微半导体在功率半导体行业领先的可靠性和稳健性，同时增加了纳微半导体氮化镓功率芯片技术的节能和快充优势。

此前，市面上主流的氮化镓功率芯片是纳微半导体GaNFast^TM系列。GaNFast^TM系列就是把驱动控制和保护做在功率器件上面。而增加了GaNSense^TM技术的新GaNFast^TM系列，则是在原有基础上又做了一些性能的提升，包括无损可编程的电流采样，智能的待机，人体的ESD、过温过流保护等更多保护功能的集成。

展开来说，新一代的智能GaNFast^TM氮化镓功率芯片具备四个突出优势。

其一，无损可编程的电流采样，这是纳微半导体正在申请专利的技术。把无损采样代替原来采样电阻功能，意味着在功率回路里面有功率器件和功率采样电阻，有两个产生损耗的元件在里面，现在变成无损采样，完全把采样电阻损耗节省下来，功率回路里面的通态损耗也会减半，意味着能效提升。此外，还有两个衍生而来的好处：一是PCB布局的减少，因为原来采样电阻通常会采用3mmX4mm封装采样电阻的形式存在，但通过内部集成，无损采样的方案，PCB布局面积将会更小，排布形式也会更灵活、更简单。二是热耦合的问题，原来有两个发热元件在这个系统里面，现在把一个拿掉，整体的热系数表现会更好，耦合系数更低，而器件本身工作温度更低，系统效率也会有所提升。

其二，智能待机，弥补了原GaNFast^TM系列的诸多不足。现在很多能效标准都要求待机达到25mW或30mW以内。纳微半导体在原GaNFast^TM系列上已经实现了超低待机功耗，再加上GaNSense^TM技术，这项功能将更加完善。通过智能检测PWM信号让芯片进入待机模式，使整个待机电流从原来的接近1mA降到接近100μA，整个待机功耗大幅下降。纳微半导体也对待机唤醒做了优化，当第一次出现脉冲时，30ns之内就可进入正常工作模式。

其三，过流保护。过流保护是基于采样信号，内部设定一个过流的阈值，传统的，包括GaNFast^TM系列，在外部还需要一个采样电阻，采样电阻采到的信号交由控制器判断是否发生过流情况，控制器为了避免噪声问题，有一个延迟300ns左右的问题，这是传统控制器的反应时间。而在采用GaNSense^TM技术之后，电流采样技术，在内部做信号处理，我们设定一个阈值，如果触碰到这个阈值的反应时间远远小于100ns，那么节省的200ns就可以避免系统因短路、过功率等异常情况，造成变压器的电流急剧上升的情况。

其四，过温保护。过温保护对于功率器件的保护非常重要，目前纳微半导体的保护机理是设置一个区间。当采用GaN晶圆上的温度超过设定的阈值160度之后，不管外部的PMW信号，芯片直接关掉，等芯片自然冷却到低于100度时，再去参考PMW信号。当有信号的时候再继续工作。如果这个异常的情况没有解除，温度还是往上升，那么碰到160度继续关断。这可以保证其精准控制节温的范围。

纳微半导体高级研发总监徐迎春表示，GaNSense^TM提供无损采样，智能待机，还提供了诸如OCP、OTP、短路保护等强大的保护功能。这些保护功能的目的是为了从系统设计的角度，提升氮化镓芯片为整个系统带来的高保障性。纳微半导体所有的器件在出厂时都会做900V10ms耐压测试，这样可以使应用纳微半导体的氮化镓，即使在碰到雷击测试等的时候，也具有高可靠性。

在谈及GaNSense^TM的应用场景时，纳微半导体高级应用总监黄秀成介绍说：“目前快充最火爆的是QR Flyback，可以代替掉原边的主管和采样电阻；其次是带PFC功能，在90V输出条件下，这两个拓扑的效率至少可以提升0.5%；最后是AHB非对称半桥，随着PD3.1的发展，非对称半桥拓扑一定会慢慢地火起来，这个拓扑里有两个芯片，作为主控管可以用GaNSense^TM，因为需要采样电流，上管作为同步管可以用GaNFast^TM系列代替。”

纳微半导高级应用总监黄秀成还透露说：“截止我们发布这个产品的时候，已经有一些客户在使用GaNSense^TM，并且实现了量产。小米氮化镓充电套装使用的目前业界最小的120W氮化镓解决方案，里面是PFC加上QR的系统框架，使用两颗NV6134 GaNSense^TM系列产品，相比于传统的硅的方案，GaNSense^TM解决方案比硅方案提升了1.5%的效率。还有联想YOGA 65W双C，也是采用NV6134的解决方案。”

作为纳微半导体第三代氮化镓功率芯片，针对现代电源转换拓扑结构进行了优化，包括高频准谐振反激式（HFQR）、有源钳位反激式（ACF）和PFC升压，这些都是移动和消费市场内流行的提供最快、最高效和最小的充电器和适配器的技术方法。目前采用 GaNSense^TM技术的新一代纳微半导体 GaNFast^TM氮化镓功率芯片有十个型号，他们都集成了氮化镓功率器件、氮化镓驱动、控制和保护的核心技术，额定电压为650V/800V，具有2kV ESD保护，RDS(ON)范围为120mΩ至450mΩ，采用5 x 6 mm或6 x 8 mm PQFN封装。新一代GaNFast^TM氮化镓功率芯片已开始批量生产，可立即供货。

采用GaNSense^TM技术的新一代智能GaNFast^TM氮化镓功率芯片，作为纳微半导体新一代产品，标志着氮化镓功率芯片世界新时代的开启。而随着行业大规模商用，用电能驱动代替化石燃料和对高效的可持续能源的需求不断增长，这将进一步刺激氮化镓成为电子领域的下一个杀手级材料。纳微半导体将不断发挥技术优势，继续引领全球氮化镓功率芯片的设计和应用的新潮流。