隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷革新，智能功率氮化鎵（GaN）成為備受矚目的關(guān)鍵技術(shù)。它融合了氮化鎵材料高電子遷移率、低導(dǎo)通電阻、耐高溫高壓的特性，以及智能控制電路和功能，能實現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換、低能耗和高功率密度，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)、通信等多個領(lǐng)域，極大地推動了電子產(chǎn)品的升級和工業(yè)設(shè)備性能的提升。

意法半導(dǎo)體（ST）敏銳捕捉到這一技術(shù)的巨大潛力，在智能功率氮化鎵領(lǐng)域躬耕多年，成績斐然。

早在2020年，ST就率先將MasterGaN推向市場。ST憑借獨(dú)特的高壓氮化鎵驅(qū)動器和數(shù)字電源解決方案，目前已推出10種智能功率氮化鎵產(chǎn)品，比如MasterGaN 600V半橋驅(qū)動器、VIPerGaN 650V轉(zhuǎn)換器等。

ST具備獨(dú)特的電源功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)專業(yè)知識，不僅能提供整體解決方案和數(shù)字電源，還在向單片氮化鎵領(lǐng)域拓展。ST的戰(zhàn)略是將智能氮化鎵和數(shù)字電源相結(jié)合，以此提升系統(tǒng)在功率密度和環(huán)境可持續(xù)性方面的整體性能。

MasterGaN產(chǎn)品家族

MasterGaN產(chǎn)品架構(gòu)如下圖所示：右邊為高邊/低邊兩個GaN晶圓，中間部分為高邊/低邊氮化鎵驅(qū)動，左邊為邏輯和保護(hù)功能。用戶使用MasterGaN系列，只需通過LIN和HIN兩個引腳（兼容3.3V~15V邏輯輸入電平）控制兩個管腳的開通和關(guān)斷，可以簡化設(shè)計，快速上手。

MasterGaN創(chuàng)新地將柵極驅(qū)動器和兩個增強(qiáng)模式的氮化鎵（GaN）晶體管以半橋結(jié)構(gòu)集成在一起，帶來出色的產(chǎn)品特性：

結(jié)構(gòu)緊湊：集成功率氮化鎵和線性穩(wěn)壓器，為低邊和高邊輸出級供電，讓產(chǎn)品結(jié)構(gòu)精巧緊湊。

安全可靠：支持硬開關(guān)拓?fù)鋺?yīng)用，低端和高端驅(qū)動部分都有欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)，防止功率開關(guān)在低效或危險情況下工作；互鎖功能避免上下管共通，還有過溫保護(hù)，穩(wěn)定性拉滿。

易于設(shè)計：采用GQFN 9x9 mm2封裝，輸入引腳電壓范圍3.3V到15V，帶遲滯和下拉功能，方便和MCU、DSP或霍爾效應(yīng)傳感器連接；專用關(guān)斷引腳，內(nèi)部時序匹配精準(zhǔn)，設(shè)計起來超方便。

目前，手機(jī)充電器功率一般為65W，筆記本適配器功率為200W或300W，因此MasterGaN系列非常適合手機(jī)充電器和筆記本適配器應(yīng)用。華為、聯(lián)想等企業(yè)的筆記本適配器都采用了ST的氮化鎵產(chǎn)品，華為的66W超薄充電器，更是被評為世界上功率密度最高的充電器之一。

ST的600V MasterGaN系列產(chǎn)品亮點頗多。它采用QFN 9x9 mm2封裝，引腳對引腳可擴(kuò)展，方便靈活使用。一個封裝里集成多個功率氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT），適配半橋配置，目前已有7種產(chǎn)品量產(chǎn)：MasterGaN1/1L (150mR+150mR) 、MasterGaN2 (150mR+225mR) 、MasterGaN3 (225mR+450mR) 、MasterGaN4/4L (225mR+225mR) 、MasterGaN5 (450mR+450mR) ；功率覆蓋范圍45W-500W。其中MasterGaN4L、MasterGaN1L具備更低功耗特性，節(jié)能優(yōu)勢明顯。

VIPerGaN產(chǎn)品家族

VIPer系列產(chǎn)品能夠?qū)⒔涣麟姡?a target="_blank">AC），借助脈寬調(diào)制控制器（PWM Controller）和氮化鎵元件，再經(jīng)過隔離和反饋電路，最終轉(zhuǎn)換為直流電（DC）輸出。

該系列產(chǎn)品功率在5W到100W之間。不同型號適用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含降壓（Buck）、反激式初級端調(diào)節(jié)/次級端調(diào)節(jié)（Flyback PSR/SSR）以及反激式次級端調(diào)節(jié)（Flyback SSR）。

其中，VIPerGaN100、VIPerGaN65/65D、VIPerGaN50耐壓可達(dá)650V，瞬態(tài)最大耐壓可達(dá)850V，并已量產(chǎn)。VIPer系列產(chǎn)品市場表現(xiàn)十分亮眼。該系列產(chǎn)品累計出貨量已超40億個。

VIPerGaN在高壓轉(zhuǎn)換領(lǐng)域堪稱先驅(qū)產(chǎn)品，它集成了創(chuàng)新的脈寬調(diào)制（PWM）控制器以及650V氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT），采用QFN 5x6封裝。

VIPerGaN特性十分豐富：

?擁有先進(jìn)的準(zhǔn)諧振反激控制器，支持多模式運(yùn)行；

?具備650V的GaN HEMT，開關(guān)頻率最高可達(dá)240kHz，還帶有抖頻功能；

?內(nèi)置高壓啟動發(fā)生器以及檢測場效應(yīng)晶體管（FET）；

?擁有內(nèi)部軟啟動功能，針對寬輸出電壓進(jìn)行了優(yōu)化；

?具備輸入電壓前饋補(bǔ)償功能，以實現(xiàn)與市電無關(guān)的過功率保護(hù)（OPP）；

?采用谷底鎖定，確保恒定的谷底跳躍；

?無需外部VDD線性穩(wěn)壓器（僅需VDD輔助繞組）；

?具備多種保護(hù)功能，包括輸入/輸出過壓保護(hù)（OVP）、橋臂輸入/輸出保護(hù)、過載和短路保護(hù)；

?帶有嵌入式過溫保護(hù)（OTP）；

?具備動態(tài)消隱時間和可調(diào)節(jié)的谷底同步功能；還有自適應(yīng)突發(fā)模式。

VIPerGaN不僅擁有更高的功率密度和效率，還能夠有效抑制電磁干擾（EMI），能讓PCB更輕巧緊湊，且能低溫運(yùn)行。同時，它減少了磁性元件和EMI濾波器的使用，在BoM成本效益上表現(xiàn)出色，完全符合節(jié)能規(guī)定。該產(chǎn)品穩(wěn)定性好，能在小封裝中實現(xiàn)50W到100W的高功率輸出。

VIPerGaN應(yīng)用廣泛，適用于小型化的快速充電器和適配器，在家電、工業(yè)、消費(fèi)電子以及空調(diào)等領(lǐng)域都能大顯身手。

為幫助用戶加快設(shè)計，ST還推出了多款VIPerGaN評估板，適用于40W-100W功率范圍，是實現(xiàn)高效率、高功率密度以及出色電磁干擾（EMI）性能的最簡解決方案。

VIPerGaN50系列三款評估板：

?EVLVIPGAN50PD（3.0 USB-PD適配器），輸入電壓范圍90-265VAC，采用USB-PD輸出，峰值效率超92.4%，功率45W；

?EVLVIPGAN50FL（SSR隔離反激式）；

?STDES-VIPGAN50FL（SSR隔離反激式）。

VIPerGaN65/65D系列三款評估板：

?EVLVIPGAN65PD（3.0 USB-PD適配器），輸入90-264VAC，峰值效率超93.5%，功率65W；

?EVLVIPGAN65DF（SSR隔離反激式）；

?STDES-VIPGAN65F（3.0 USB-PD適配器）。

VIPerGaN100系列三款評估板：

?EVLVIPGAN100PD（3.0 USB-PD適配器），輸入90-264VAC，峰值效率超92.6%，功率100W；

?STDES-VGAN100F1（SSR隔離反激式）；

?STDES-VIPGAN100F（SSR隔離反激式）。

此外，ST還推出了STDES-VIPGAN50FL工業(yè)級演示板，主要特性和目標(biāo)規(guī)格包括：

?輸入電壓：交流輸入電壓范圍在176VAC到265VAC之間，頻率則處于47Hz到63Hz區(qū)間；

?輸出電壓：它是單路直流輸出，電壓為12VDC，輸出功率為12V/4.15A，最大能達(dá)到50W；

?外形尺寸：108mm（長）×68mm（寬）×16mm（頂層高度）；

?卓越效率：當(dāng)輸入為230Vac時，峰值效率大于94%；而且在230Vac輸入，負(fù)載分別為25%、50%、75%、100%的情況下，平均效率都大于94%；

?節(jié)能出色：在230Vac無負(fù)載時，功耗為100mW，能有效降低能源浪費(fèi)；

?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：采用準(zhǔn)諧振（QR）操作，具備動態(tài)消隱時間和可調(diào)節(jié)的谷底同步延遲功能，任何輸入線路和負(fù)載條件下，都能實現(xiàn)最高效率（這里使用的是VIPerGaN50），同時還配備了自適應(yīng)同步整流控制器（SRK1001）；

?溫控優(yōu)秀：所有元件的溫升小于40°C，保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和使用壽命。

該Demo板效率測試報告如下圖所示：