從快充充電器到工業(yè)自動(dòng)化，氮化鎵正成為高功率密度電源設(shè)計(jì)的核心選擇。意法半導(dǎo)體近日推出四款全新VIPERGAN氮化鎵功率器件，持續(xù)推動(dòng)氮化鎵技術(shù)在更廣闊領(lǐng)域的落地。

這四款全新VIPERGAN氮化鎵功率器件分別為VIPERGAN50W、VIPERGAN65W、VIPERGAN65D以及VIPERGAN100W (B)。相較于前代VIPERGAN50/65/100型號(hào)，新款器件將原有的650V晶體管升級(jí)為700V氮化鎵晶體管。

同時(shí)，VIPERGAN65D和VIPERGAN100W (B)提升了電流限制，能更好滿足設(shè)備啟動(dòng)階段的大功率裕量需求，VIPERGAN65D還采用了全新封裝形式。VIPERGAN基礎(chǔ)系列與W系列器件腳對(duì)腳兼容，設(shè)計(jì)人員無(wú)需大幅改動(dòng)原有設(shè)計(jì)或代碼，就能完成新品替換，輕松實(shí)現(xiàn)應(yīng)用開(kāi)發(fā)與性能升級(jí)。

核心升級(jí)，性能再進(jìn)階

豐富產(chǎn)品選擇，適配更多應(yīng)用場(chǎng)景

2023年，意法半導(dǎo)體首次推出VIPERGAN系列器件，該系列器件輸出功率覆蓋50W至100W，工作電壓區(qū)間為9V至23V，適配多場(chǎng)景功率需求。同時(shí)，ST還推出首款面向USB-PD快充應(yīng)用的VIPERGAN100評(píng)估板——EVLVIPGAN100PD。開(kāi)啟自適應(yīng)突發(fā)模式后，VIPERGAN器件的待機(jī)功耗低于30mW，且采用5mm×6mm的QFN封裝，是業(yè)內(nèi)同功率等級(jí)中尺寸最小的器件之一。憑借諸多核心優(yōu)勢(shì)，該系列器件已成功落地空調(diào)、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、家用電器等多款產(chǎn)品，斬獲大量設(shè)計(jì)訂單與實(shí)際落地項(xiàng)目。

優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，提升開(kāi)發(fā)靈活性

本次推出的新款器件在初代產(chǎn)品基礎(chǔ)上對(duì)氮化鎵晶體管進(jìn)行升級(jí)，性能大幅提升，設(shè)計(jì)人員可充分挖掘氮化鎵材料的特性，開(kāi)發(fā)出各種各樣的新產(chǎn)品。為幫助研發(fā)團(tuán)隊(duì)加快項(xiàng)目進(jìn)度，ST同步推出了EVLVIPGAN50WF、EVLVIPGAN65WF、EVLVIPGAN65DF、EVLVIPGAN50WP、EVLVIPGAN65WP以及EVLVIPGAN100WP多款開(kāi)發(fā)板，提供成熟的參考設(shè)計(jì)，有效縮短產(chǎn)品上市周期。新款開(kāi)發(fā)板與VIPERGAN W系列器件的研發(fā)，均充分吸納了初代VIPERGAN用戶的反饋意見(jiàn)。初代產(chǎn)品得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，但部分應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)器件電壓等級(jí)有更高要求，因此此次新產(chǎn)品采用700V晶體管，并推出VIPERGAN100W (B)，進(jìn)一步釋放旗艦級(jí)VIPERGAN器件的性能潛力。

單器件適配多設(shè)計(jì)，降低開(kāi)發(fā)成本

新款器件憑借氮化鎵晶體管的低導(dǎo)通電阻特性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異功率輸出：VIPERGAN50W的導(dǎo)通電阻為470mΩ，VIPERGAN65W為290mΩ，VIPERGAN65D與VIPERGAN100W (B)均為270mΩ。其中VIPERGAN100W (B)在歐洲電網(wǎng)電壓范圍（185-265V交流）或搭配PFC電路時(shí)，可輸出100W功率，通用電網(wǎng)電壓范圍（85-265V交流）下輸出功率達(dá)75W。此外，全系列器件均腳對(duì)腳兼容，工程師無(wú)需大幅改動(dòng)PCB布局與整體設(shè)計(jì)，就能快速完成器件替換，大幅提升開(kāi)發(fā)效率。

為何選準(zhǔn)諧振零電壓開(kāi)關(guān)反激式轉(zhuǎn)換器？

功率密度需求攀升，技術(shù)適配新趨勢(shì)

當(dāng)下各類產(chǎn)品對(duì)功率密度的要求越來(lái)越高，充電器小型化就是典型例子。準(zhǔn)諧振零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)（開(kāi)通谷值開(kāi)關(guān)）早已應(yīng)用于電視等家電的開(kāi)關(guān)電源，如今適用場(chǎng)景進(jìn)一步拓展，主要原因是各類產(chǎn)品的功率密度大幅提升。比如現(xiàn)代電視像素?cái)?shù)不斷增加，功耗要求卻愈發(fā)嚴(yán)苛；50W充電器雖已成熟，但消費(fèi)者更偏愛(ài)體積小、發(fā)熱低，還能為筆記本、平板、手機(jī)等多設(shè)備快充的產(chǎn)品。

效率提升成剛需，氮化鎵給出新解法

準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器因高效率成為行業(yè)主流，而傳統(tǒng)PWM轉(zhuǎn)換器在電壓峰值時(shí)開(kāi)通，功率損耗大，且損耗會(huì)隨開(kāi)關(guān)頻率升高而加劇。工程師雖可通過(guò)緩沖電路加以緩解，但提升效率的最優(yōu)方案仍是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，即在電壓或電流為零時(shí)完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)需通過(guò)諧振電路（電感-電容電路）將方波轉(zhuǎn)為正弦波，零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)則讓器件在正弦波谷底開(kāi)通。多年來(lái)工程師一直在探索提升效率的方法，而氮化鎵技術(shù)的出現(xiàn)，給出了全新解決方案。

為何優(yōu)選新款VIPERGAN氮化鎵器件？

高性能氮化鎵晶體管加持

VIPERGAN50W/65W/D/100W (B)采用與MASTERGAN系列同款的氮化鎵晶體管，承襲同款技術(shù)優(yōu)勢(shì)。氮化鎵材料的高電子遷移率，讓器件能承受更高開(kāi)關(guān)頻率，在承載更大負(fù)載的同時(shí)大幅降低功率損耗，助力打造高功率、小體積的電源產(chǎn)品。

多模式智能調(diào)節(jié)，全負(fù)載高效低耗

新款器件搭載多模式工作機(jī)制，可根據(jù)負(fù)載變化動(dòng)態(tài)調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)全負(fù)載區(qū)間性能優(yōu)化：

◆重載時(shí)，準(zhǔn)諧振電路將晶體管開(kāi)通時(shí)機(jī)與變壓器去磁過(guò)程（零電流檢測(cè)引腳實(shí)現(xiàn)）同步，最大程度降低損耗；

◆中重載時(shí)，觸發(fā)谷值跳越模式，晶體管隨負(fù)載降低跳過(guò)部分電壓谷底再開(kāi)通，同時(shí)降低開(kāi)關(guān)頻率減少損耗；

◆中輕載時(shí)，頻率折返模式降低開(kāi)關(guān)頻率并限制閾值，避免噪聲；

◆輕/無(wú)載時(shí)，突發(fā)模式將開(kāi)關(guān)頻率降至數(shù)百赫茲，保持峰值電流恒定，進(jìn)一步抑制噪聲。

▲VIPERGAN50的多模式工作機(jī)制

初代VIPERGAN50/65/100在突發(fā)模式下靜態(tài)電流僅900μA，新款器件延續(xù)了這一低功耗特性，助力產(chǎn)品滿足最新環(huán)保法規(guī)，提升能效的同時(shí)節(jié)約能源。

集成多重保護(hù)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)省成本

以往工程師需要外接器件為電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，而新款VIPERGAN器件大幅提升能效，為集成更多保護(hù)功能預(yù)留了設(shè)計(jì)空間，無(wú)需布置過(guò)多外圍元件，有效降低物料清單成本。

該系列是意法半導(dǎo)體VIPER Plus系列中首款集成輸入過(guò)壓保護(hù)的產(chǎn)品，可抵御突發(fā)電壓尖峰；欠壓鎖定/掉電保護(hù)功能會(huì)監(jiān)測(cè)電源電壓，通過(guò)設(shè)定啟動(dòng)工作的最低輸入電壓和停止工作的最低輸入電壓，保護(hù)系統(tǒng)免受電網(wǎng)供電不穩(wěn)定的影響；同時(shí)還集成了過(guò)溫、過(guò)載/短路等行業(yè)主流保護(hù)功能，全方位守護(hù)電源系統(tǒng)。

快速開(kāi)發(fā)攻略｜配套評(píng)估板一站式搞定

為讓開(kāi)發(fā)者快速啟動(dòng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，ST同步推出的系列配套評(píng)估板提供了高度貼合實(shí)際應(yīng)用的硬件與協(xié)議支持：評(píng)估板預(yù)設(shè)5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/5A五種功率傳輸協(xié)議配置，研發(fā)團(tuán)隊(duì)可基于該平臺(tái)及配套原理圖，快速開(kāi)展定制化PCB設(shè)計(jì)；在115V/230V市電輸入下，系統(tǒng)50%負(fù)載時(shí)峰值效率超90%，該評(píng)估板還采用了基于L6564芯片的功率因數(shù)校正系統(tǒng)，可有效降低諧波失真。

▲EVLVIPGAN100PD評(píng)估板

從初代產(chǎn)品的市場(chǎng)驗(yàn)證，到新系列的技術(shù)升級(jí)，意法半導(dǎo)體始終深耕氮化鎵技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，通過(guò)持續(xù)豐富產(chǎn)品矩陣、優(yōu)化設(shè)計(jì)體驗(yàn)、降低應(yīng)用門(mén)檻，讓寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)更好地賦能工業(yè)、消費(fèi)等多領(lǐng)域電源設(shè)計(jì)。