AC适配器中的GaN，SIC和SI Technologies

发布时间：2019年8月14日
特约作者:Sinjin Dixon-Warren博士

介绍

AC适配器不断提醒我们，我们所喜爱的移动设备并不像我们想的那样具有移动性。每一个移动设备都需要定期重新使用AC适配器来为其锂离子电池充电。

最初，大多数交流适配器本质上是一个线性电源，它结合了变压器、桥式整流器和电容滤波器，将交流电源电压转换为平滑的低电压直流电流，适合为电池充电。这些适配器被限制在特定的交流电压输入，以创建特定的直流电压输出，因此通常不能在国际上使用。它们也很笨重，通常需要不同的适配器为每个需要直流电源的设备。最后，基于线性变压器的技术是低效的，因为不需要的功率会以热量的形式消散，即使没有负载电流，功率也会消散。

自20世纪80年代以来，开关电源(SMPS)逐渐取代了基于线性变压器的技术。使用了各种各样的电路拓扑，但本质上，它们都基于相同的原理。交流电压被整流为高直流电压，驱动开关电路，开关电路包含一个高频工作的变压器，并在所需的低电压下输出直流电流。SMPS最大的好处是它们可以用于各种交流输入电压，从而使“国际”适配器成为可能。此外，可以对它们进行配置，以产生各种直流输出。电压调节是通过改变高压开关电路的开关时间比来实现的。

相对较新的USB-C功率递送标准旨在提供可变充电电能高达100 W（例如20V和5A），使得单个AC适配器然后可以用来充电各种各样的设备。此外，电缆是双向的，并且因此具有相同的电缆可以被用于笔记本电脑从监视器或从笔记本电脑智能电话进行充电。当设备被连接的充电功率和电压被动态地配置。

用于消费者应用的SMP通常需要额定大约600 V的场效应晶体管（FET）。该FET用于高压驱动变压器在SMPS中的高电压的高频切换。合适的FET可以用宽的带隙氮化镓（GaN）或碳化硅（SiC）或硅（Si）制造。硅超接线MOSFET技术目前主导了移动设备AC适配器市场，但GAN和SIC设备承诺更高的效率和更低的形状因素。所提出的GaN设备是在GaN-on-Si基板上形成的横向高电子迁移率晶体管（HEMT）。在宽带隙市场空间中播放了几个AC适配器初创公司，但到目前为止，主要的原始设备制造商（OEM）都没有采用这项技术。在本文中，我们将审查我们对开放市场购买的AC适配器分析的一些结果。

Avogy Zolt.

2016年TechInsights（以前的芯片制品）看着Avogy Zolt膝上型充电器型号ZM070LTPX01-G。Avogy声称是GaN设备的供应商;然而，TechInsights发现Zolt包含一个SiC Power FET，可能由Cree制造，而是用Avogy标记包装。我们的PNTPower.com的同事随后认为Avogy使用了SIC器件，有四个原因，主要是SIC可用并在那时工作。图1显示了来自Zolt膝上型充电器的主PCB，具有AV150-00028 SIC器件的位置。

图1：Zolt膝上型充电器主PCB

下面的表1显示了Zolt充电器的完整设计赢列表。该设备相对复杂，包括一个英飞凌600v CoolMOS设备，加上三个低电压英飞凌OptiMOS设备和Avogy品牌SiC功率FET设备。

表1:Avogy Zolt Design Wins

Avogy显然已经不再是一家独立的公司，但Avogy Zolt似乎仍然可以在亚马逊上买到，尽管根据一些客户的意见，它可能存在可靠性问题。从Avogy AV150-00028中提取的SiC模具的模具照片如图2所示。这个骰子可能是克里公司制造的。

图2：Avogy AV150-00028 SIC DIE

RACPower RP-PC104

自2016年以来，GAN在商业市场方面取得了相当大的进展，越来越多的供应商现在提供基于GAN的AC适配器，包括RACPower，Anker，Finsix，并考虑（Mu One）和其他人。大量供应商提供GaN FET设备，从GaN Systems和Navitas等小型初创公司到大型建立的参与者，如Infineon和Panasonic。

最近，TechInsights.发表一些业绩RAVPower RP-PC104 45瓦USB-C充电器宣传的是包含GaN的，也可从亚马逊获得。我们发现RP-PC104包含两个Navitas NV6115 GaN电源IC，如下表2所示。图3显示了RP-PC104主PCB的照片，其中包含Navitas NV6115注释的位置。

图3：RACPower RP-PC104主PCB

TechInsights随后发现了Navitas设备，在Mude Mu的Muit Mu充电器中，并在Aukey PA-U50 24W USB充电器中。MU一​​个充电器与RAVPower充电器具有与RAVPower充电器的设计相同，显然是基于Navitas参考设计。Aukey Pa-U50特别感兴趣，因为它被发现包含新的Navitas NV6250集成的半桥IC。TechInsights目前正在研究对Navitas NV6250的完整分析。图4显示了来自RP-PC104的NV6115集成GaN HEMT模具的照片。

表2：RAVPower RP-PC104设计获胜

图4:Navitas Semiconductor NV6115集成GaN HEMT模具

Innergie 60 C

TechInsights最近购买了一个Innergie 60C USB-C 60 W适配器，由Delta Electronics组制造，预计将包含GaN设备。互联网谣言表明，该器件实际上包含了600 V英飞凌酷热超级接合MOSFET，并且达球段掩盖了安全涂料的标记。TechInsights Innergie 60C的拆除确认了600 V英飞凌IPL60R185C7 CoolMos设备和安全涂料的使用，此外没有找到GaN组件。图5显示了在内侧60c内部发现的几个小pcb的照片。Infineon IPL60R185C7 600 V CoolMOS的位置，标记遮盖，是注释的。

图5:Innergie 60C PCB

在表3中总结了Innergie 60C的设计获胜。TechInsights计划完成600 V英飞凌IPL60R185C7 CoolMOS设备的详细分析。图6显示了英飞凌IPL60R185C7 600V Coolmos Die的照片。

表3：Innergie 60C设计获胜

图6:Infineon IPL60R185C7 600v CoolMOS模具

结束言论

TechInsights分析表明，使用SiC，GaN和Si Super Junction装置可以构建大功率，紧凑型AC适配器。检查主要OEM的几项商业费用，包括Google Pixel 3，华为队友200 PRO和诺基亚9 Pureview快速充电器找到了硅超接合MOSFET技术。很清楚，硅技术继续占据这个市场空间。TechInsights认为，由于这种技术的成本相对较高，SIC不太可能在AC适配器市场中实现市场成功。SIC技术似乎更加适用于高压应用，并在电动和混合动力汽车市场中成功置换硅IGBT技术。

奇怪的是，在这三个AC适配器的情况下，这里所讨论的Innergie 60C可提供最佳的整体系统性能。一个度量为移动充电器的性能的是功率密度，即每立方厘米体积的所产生的瓦特。该Innergie 60C是该指标以明显优势胜出，以最高的功率密度。年长Avogy Zolt是具有最大音量和最小功率密度。

表4:功率密度比较

Innergie 60C由Delta Electronics组制成，该AR AC适配器的制造商。他们声称每年制造8000万笔记本电脑适配器。Innergie 60c的设计可能高度优化。如果可以有效地竞争硅超接合MOSFET技术，则进一步优化，如果是GaN的设备，如果是有效的话。

尽管有这些发现，但甘交流适配器尚未在电力密度方面尚未开展基于高质量的超级连接的交流适配器，TechInsights认为，GaN的已知技术效益将导致甘适配器市场的市场成功。它可能会在高效率，小形状，高功率AC适配器中找到。很明显，市场正在投注这将是这种情况。如上所述，目前有许多球员在GaN HEMT电力晶体管市场，包括相对新的初创企业和大型建立的球员，如英飞凌。英飞凌目前是最大的电力电子设备供应商，以及他们的产品组合超级结酷酷热摩尔设备，加上GaN的酷刑设备和基于SIC的冷却装置。英飞凌将定位为基于最能满足每种应用的最终要求的材料提供设备，并且他们显然认为GaN HEMT设备在其网站上的白皮书中具有很大的潜力。。