文章重點：

1.提高充電器的效率和功率密度是大勢所趨

2.ST-ONE所采用的ACF拓撲有助于提高效率和功率密度，是快充產品的最佳選擇

3.MasterGaN為代表的氮化鎵技術推動功率轉換實現了飛躍，必將引領新的潮流。

ST市場獨有的MasterGaN平臺將我們的高壓智能功率BCD工藝與氮化鎵技術相結合，是世界上第一款在QFN9x9的封裝內帶有兩個氮化鎵高電子遷移率晶體管和半橋柵極驅動器的功率器件；豐富的保護功能保證芯片的可靠性。同時設計人員不必再關心氮化鎵驅動的復雜性，就能享受氮化鎵技術的好處，增強應用的可靠性性，加快了高功率密度及高效率電源產品的開發。

這些年，以碳化硅，氮化鎵為首的第三代半導體被大家廣泛的討論并應用在新的產品中，大有取代傳統硅基晶體管的趨勢。相較于傳統硅半導體，氮化鎵具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子飽和漂移速度等特點，適合應用于高溫，高頻，抗輻射的場合。氮化鎵晶體管對比硅晶體管，具有更低的結電容，柵極電荷，意味著開關損耗和驅動損耗更小，更低的反向恢復電荷使得氮化鎵更適合用于高頻的場合。但同時，由于氮化鎵的柵極電壓閾值范圍更小，所以對驅動電路和PCB布局的要求更高。而且，由于氮化鎵晶體管的反向導通壓降比硅管的體二極管更高，所以需要更好的控制死區時間來提高效率。

目前市場上的氮化鎵器件普遍有兩種方案，一種是分立方案，類似傳統的硅MOS；另一種就是MasterGaN所采用的集成驅動的方案。那么，為什么要采用集成驅動的方案呢？由于目前市場上主流的E-MODE氮化鎵晶體管的柵極開通門檻電壓Vgsth比較低，通常為1.2V左右，這樣在關斷時很容易因為高的dV/dt和驅動回路里的雜散電感造成柵極振鈴并導致管子誤開通，在半橋結構的拓撲里，這是會造成嚴重失效的故障。而集成驅動的方案由于其極低的雜散電感，可以很好的解決這個問題。同時，電源回路里的雜散電感降低，還可以降低Vds電壓峰值，減小開關損耗，改善EMI性能。

總而言之，氮化鎵與驅動集成的方案，

1.由于優化了柵極驅動布局，效率很高，

2.由于寄生效應最小，可增加開關頻率，提高了功率密度

3.采用緊湊的單芯片解決方案，簡化了設計。

【圖為：集成GaN晶體管和驅動器的優勢】

氮化鎵技術使工業應用的電源能夠處理更多的功率，即使它們變得更小、更輕、更節能。同時為智能手機快充和無線充電器、PC和筆記本電腦用USB-PD適配器帶來重大改變。今天的數據中心占世界能源使用量的2%。MasterGaN平臺使電源更高效，功率密度更高，大大降低了擁有成本，節約了地球資源。

MASTERGAN平臺首發的五款產品現已全部實現大規模量產。如下圖所示：它們分別是上下管非對稱半橋結構的MASTERGAN2和3，非常適合用于有源鉗位反激拓撲。上下管為對稱半橋結構的MasterGaN1/4/5，Rdson從150毫歐至450毫歐不等，最大可支持400W應用，通常用于LLC和ACF拓撲。全部的五款產品都是pin to pin的，可以輕松相互替換。

【圖為：MASTERGAN平臺首發的五款產品】

下面簡要介紹一下應用ST-ONE和MasterGaN2的65W USB-PD快充電源解決方案。

上圖左上角就是應用ST-ONE+MasterGaN方案，它使用了平面變壓器的65W PD電源demo板。關鍵器件包括主控制器ST-ONE，原邊開關管MasterGaN2,和副邊100V的同步整流管STL90N10F7。該電源支持90-264V的全電壓輸入，5-20V輸出，最大輸出功率65W，滿足歐盟和美國最新的能效要求。借助ST-ONE和MasterGaN2兩顆高集成度的芯片，實現了大于30W/inch3的功率密度，并且空間布局非常寬松。

Demo板的主電路部分如上圖所示，整個電路包括PCB布局非常簡潔，一目了然。可以看到整個電源內部空間非常富余，功率密度還有進一步提升的空間。

MasterGaN2是一顆耐壓650V，下管導通阻抗150mohm，上管導通阻抗225mohm的氮化鎵芯片。并且內部集成了豐富的保護，包括上下管的互鎖功能，這在半橋架構中非常有用，可以有效避免上下管直通造成的失效。同時3.3-15V的PWM輸入擴展范圍，可輕松支持數字控制方案。ST-ONE同樣也是支持多工作模式的，根據不同的輸入和負載條件，ACF拓撲會工作在不同模式。從滿載到輕載分別工作在正常模式，跳谷底模式，以及間歇工作模式，這樣的工作模式有助于提高輕載效率。

ST-ONE+ MasterGaN是適用于高功率密度USB-PD充電器的最佳解決方案，可以將充電器的尺寸減少4倍，相當于減少200萬噸的物料浪費。同時效率高達94%，節省的能源相當于三座核電站的年發電量。

【圖為：更多采用MasterGaN的電源解決方案供各位參考，具體產品資料和評估板可在意法半導體官網獲取】