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

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

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

ST具備獨特的電源功率轉換系統(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域拓展。ST的戰(zhàn)略是將智能氮化鎵和數(shù)字電源相結合，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產品家族

MasterGaN產品架構如下圖所示：右邊為高邊/低邊兩個GaN晶圓，中間部分為高邊/低邊氮化鎵驅動，左邊為邏輯和保護功能。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斷，可以簡化設計，快速上手。

MasterGaN創(chuàng)新地將柵極驅動器和兩個增強模式的氮化鎵（GaN）晶體管以半橋結構集成在一起，帶來出色的產品特性：

結構緊湊：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，讓產品結構精巧緊湊。

安全可靠：支持硬開關拓撲應用，低端和高端驅動部分都有欠壓鎖定（UVLO）保護，防止功率開關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，穩(wěn)定性拉滿。

易于設計：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或霍爾效應傳感器連接；專用關斷引腳，內部時序匹配精準，設計起來超方便。

目前，手機充電器功率一般為65W，筆記本適配器功率為200W或300W，因此MasterGaN系列非常適合手機充電器和筆記本適配器應用。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系列產品亮點頗多。它采用QFN 9x9 mm2封裝，引腳對引腳可擴展，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種產品量產：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產品家族

VIPer系列產品能夠將交流電（AC），借助脈寬調制控制器（PWM Controller）和氮化鎵元件，再經過隔離和反饋電路，最終轉換為直流電（DC）輸出。

該系列產品功率在5W到100W之間。不同型號適用的拓撲結構包含降壓（Buck）、反激式初級端調節(jié)/次級端調節(jié)（Flyback PSR/SSR）以及反激式次級端調節(jié)（Flyback SSR）。

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

VIPerGaN在高壓轉換領域堪稱先驅產品，它集成了創(chuàng)新的脈寬調制（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：

?擁有先進的準諧振反激控制器，支持多模式運行；

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

?內置高壓啟動發(fā)生器以及檢測場效應晶體管（FET）；

?擁有內部軟啟動功能，針對寬輸出電壓進行了優(yōu)化；

?具備輸入電壓前饋補償功能，以實現(xiàn)與市電無關的過功率保護（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）；

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

?帶有嵌入式過溫保護（OTP）；

?具備動態(tài)消隱時間和可調節(jié)的谷底同步功能；還有自適應突發(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)、消費電子以及空調等領域都能大顯身手。

為幫助用戶加快設計，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，最大能達到50W；

?外形尺寸：108mm（長）×68mm（寬）×16mm（頂層高度）；

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

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

?拓撲結構：采用準諧振（QR）操作，具備動態(tài)消隱時間和可調節(jié)的谷底同步延遲功能，任何輸入線路和負載條件下，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：