氮化镓快充市场爆发，这6款GaNFET控制芯片火了
2020年氮化镓快充技术的商用正式进入快车道，尤其是随着数码产品大功率快充以及5G时代的到来，氮化镓技术在消费类电源领域的发展如鱼得水，市场容量增速迅猛。
氮化镓快充市场的爆发，带来的不仅是功率器件市场的变革，同时也促进了GaNFET控制技术发展，目前国内外已出现一批有实力的芯片公司，纷纷推出氮化镓控制器。
一、氮化镓控制芯片市场前景
氮化镓（gallium nitride，GaN）是下一代半导体材料，其运行速度比旧式传统硅（Si）技术加快了二十倍，并且能够实现高出三倍的功率，用于尖端快速充电器产品时，可以实现远远超过现有产品的性能，在尺寸相同的情况下，输出功率提高了三倍。
充电头网了解到，当前消费类电源市场上GaN快充电源主要采用650V氮化镓功率器件（GaNFET）作为功率开关，应用氮化镓高频特性，使得终端快充产品体积更小，效率更高。
随着技术的成熟，目前全球范围内能提供650V GaNFET的供应商有PI、纳微、英诺赛科、transphorm、GaNsystems、氮矽科技、艾美创、芯冠科技、未来芯科技、鸿镓科技等。同时，据中信证券研究报告显示，三安光电、闻泰科技、士兰微、华润微、海特高新、华微电子、扬杰科技等在内的多家公司均已积极布局第三代半导体。预计2025年全球GaN快充市场规模有将达到600多亿元。
而相比氮化镓功率器件的增长速度，同样应用于氮化镓快充的控制芯片就成了薄弱的环节，目前市面上已经量产商用的氮化镓快充控制器供应商仅有PI、安森美、TI三家，电源厂商的选择余地十分有限，同时也蕴藏着巨大的商机。
二、氮化镓快充控制芯片设计技术难点
得益于氮化镓器件比传统的硅器件的开关速度更快、通态电阻（RDS-on）低、驱动损耗更小，在小型化电源等需要更高频率的应用场合中，相较于传统硅器件具有无可比拟的高转换效率和低发热特性。这也成为了氮化镓替代传统硅器件的重要原因，并让氮化镓成为未来功率器件的主流发展方向。
但是作为一种新型半导体材料器件，因为GaN功率器件驱动电压范围很窄，VGS对负压敏感，器件开启电压阈值（VGS-th）低1V~2V左右，极易受干扰而误开启。所以相较传统硅器件而言，驱动氮化镓的驱动器和控制器需要解决更多的技术问题。
据了解，目前市面上除了少数内置驱动电路的GaN功率器件对外部驱动器要求较低之外，其他大多数GaN功率器件均需要借助外部驱动电路。
没有内置驱动电路而又要保证氮化镓器件可靠的工作并发挥出它的优异性能，除了需要对驱动电路的高速性能和驱动功耗做重点优化，还必须让驱动器精准稳定的输出驱动电压，保障器件正确关闭与开启，同时需要严格控制主回路上因开关产生的负压对GaN器件的影响。
三、热门氮化镓快充控制芯片推荐
1、美思迪赛MX6535
美思迪赛MX6535是国内首颗具备量产条件的氮化镓快充主控制芯片，打破了国内没有氮化镓控制IC和驱动IC的局面。其可以实现精准的多级恒压和多级恒流调节，而无需传统的二次电流反馈电路；采用美思迪赛第二代Smart-Feedback技术，它不仅消除了传统电源的电压电流反馈电路补偿网络的需要，并能在所有操作条件下宽范围输出时（3.3V~20V）保持系统稳定性。
同时，具备全面的保护功能和故障解除系统自动恢复功能，包括逐周期电流限制、不同输出电压自适应的过电压保护、反馈回路开路保护、芯片内外部OTP功能等。
MX6535与同样出自美思迪赛半导体集成同步整流的二次侧快充协议SOC控制器搭配设计，能非常方便的实现18W~100W的USB PD或者QC小体积的快充电源设计，内部先进的数字控制系统可根据手机的输出能力请求实现快速平稳的电压和功率转换。此外MX6535还可以根据用户需求实现兼容联发科（MTK）PE2.0 plus充电器协议。
美思迪赛MX6535搭配自家的次级芯片可以实现超精简超高集成度的设计，在开发65W氮化镓快充产品时，只需一块PCB就能完成紧凑的结构设计，且整块PCB板尺寸仅两枚硬币大小。这一方面得益于MX6535内置了氮化镓驱动，并消除了传统的二次反馈电路；另一方面也得益于次级芯片内置同步整流控制器和协议识别，并通过数字算法把传统初次级电压及电流RC环路补偿网络直接省去。
2、安森美NCP1342
安森美NCP1342是一款高度集成的准谐振反激控制器，适用于设计高性能离线功率转换器。内部集成的有源X2电容器放电功能，可以实现低于 30mW的无负载功耗。NCP1342具有专属的谷锁闭电路，确保稳定的谷开关。此系统可在低至第 6个谷的情况下运行，并转换为频率折回模式以降低开关损耗。随着负载进一步降低，NCP1342 进入静音跳过模式来管理功率传递，同时最大程度减小噪音。
为了确保高频率设计的轻负载性能，NCP1342 结合了最低峰值电流调制 (MPCM) 以快速降低开关频率。为了帮助确保转换器耐用性，NCP1342 实施了若干关键保护功能，如内部欠电压检测、在任何输入电压下保证恒定最大输出功率的非功耗过功率保护（OPP）、通过专门引脚实现的锁存过电压和 NTC就绪高温保护，以及线路去除检测，可在去除交流线路时对X2电容器进行安全放电。
安森美NCP1342尚未内置驱动器，只有在搭配纳微GaNfast芯片等内置驱动的氮化镓功率器件时不需要外置驱动器，在搭配其他大部分GaN FET的应用场景中，需要外置一颗驱动器。
据悉，安森美NCP1342是目前市面上应用最为广泛的一颗高频PWM控制器，享有氮化镓控制器的霸主地位，这也得益于高频QR架构在氮化镓快充市场的广泛应用。据充电头网了解，采用该芯片的氮化快充充电器多达数十款，代表产品有：魅族65W 2C1A氮化镓快充、thinkplus 65W氮化镓快充、倍思65W氮化镓快充、贝尔金65W氮化镓快充、HYPER JUICE 100W氮化镓快充等。
3、安森美NCP13992
安森美NCP13992是一款用于半桥谐振转换器的高性能电流模式控制器，该控制器实施了600V门极驱动器，简化布局，减少外部部件数量。内置的欠电压输入功能简化了该控制器在所有应用中的实施。在需要PFC前级的应用中，NCP13992具有一个专门的输出来驱动PFC控制器。此功能结合专门的无噪声跳过模式技术进一步提高了整个应用的轻负载能效。
安森美NCP13992提供了一套保护功能，可实现在任何应用中的安全运行，其中包括：过载保护、放置硬开关周期的过电流保护、欠电压检测、开路光耦合器检测、自动停滞时间调节、过电压 (OVP) 和高温 (OTP) 保护。
据充电头网拆解了解到，安森美NCP13992目前已被倍思120W氮化镓+碳化硅PD充电器采用。
4、亚成微RM6801SN
亚成微RM6801SN是一款E-Mode GaN FET直驱控制ZVS反激芯片，这也是国内首个直驱氮化镓功率器件ZVS反激控制器，填补了国内空白。
亚成微RM6801SN是一款高性能高可靠性电流控制型PWM开关控制芯片，内置700V高压启动、X-cap放电、可调交流输入Brown in/out等功能，工作频率高达130KHz，全电压范围内待机功耗小于65mW，满足六级能效标准；并且支持CCM/QR混合模式以及拥有完备的各种保护功能，专有ZVS技术降低GaNFET开关损耗，改善EMI特性。
亚成微RM6801SN采用专有驱动技术，直驱E-MODE GaN功率器件，提高产品效率及功率密度，简化EMI滤波电路设计，降低EMI器件成本，可以应用于大功率快速充电器。
5、德州仪器UCC28780
德州仪器UCC28780是一款高频有源钳位反激式控制器，可实现符合严格全球效率标准（如美国能源部6级和欧盟CoCV5Tier-2能效标准）的高密度交流/直流电源。用户可编程高级控制律特性可以针对硅（Si）和氮化镓GaN功率FET进行性能优化。由于具有逻辑电平栅极信号和使能输出，因此使用组合了驱动器和GaN FET的开关器件进行直接运行的能力得到进一步增强。
UCC28780凭借先进的自动调谐技术、自适应死区时间优化和可变开关频率控制律，可在宽广的工作范围内实现零电压开关（ZVS）；使用时可根据输入和输出条件改变运行方式的自适应多模式控制，并可在提高效率的同时减轻可闻噪声。凭借高达1MHz的可变开关频率和精确的可编程过功率保护功能（该功能可在宽广的线路范围内为散热设计提供始终如一的功率），无源组件的尺寸可进一步缩小，并实现高功率密度。
在目前的应用案例中，德州仪器UCC28780常见于高效率的ACF架构中，比如小米65W氮化镓快充、ROxANNE 66W氮化镓快充、RAVPower 45W GaN PD充电器、ANKER 30W氮化镓超极充等产品。
6、德州仪器UCC28782A
德州仪器UCC28782是一款符合全球效率标准的高密度反激有源钳位（ACF）转换器。ZVS通过先进的自动调节和死区控制在广泛的工作范围内实现。自适应多模控制保持高效率，同时降低可闻噪声，减少突发模式下的输出纹波，可编程控制模式针对宽频率和功率范围优化性能。
UCC28782通过高达1.5 MHz的可变开关频率能力，用于简单控制器偏置的集成开关稳压器、用于稳定突发模式的内部环路补偿，和独特的EMI频率抖动功能，降低了外围元件尺寸和 BOM 成本。主动 X电容放电消除了放电电阻损耗。内置电源管理功能可减少突发模式下的ACF 驱动器损耗的PFC转换器损耗。
充电头网拆解了解到，德州仪器UCC28782目前已经被OPPO 50W饼干氮化镓快充充电器采用。
充电头网总结
充电头网统计数据显示，目前华为、小米、OPPO、魅族、三星、努比亚、realme、thinkplus等多家知名手机/笔电品牌先后入局。与此同时，数十家大型电商品牌也出现扎堆发布的氮化镓快充的局面。
市场需求的增加带动了传统电源厂商的转型，25家主流电源厂商开辟了氮化镓快充产品线，推出的氮化镓快充新品多达数百款，功率涵盖30W、45W、65W、100W等多个级别，接口涵盖单C口、双C口、2C1A、2C2A、3C1A等多种配置，产品类目非常丰富，受到广大消费者的追捧和喜爱。
氮化镓技术的商用并在消费类电源领域大放异彩，为用户带来极大的便利。同时，在中美贸易摩擦的大背景下，我们也很荣幸能够在新技术普及的进程中，看到国产半导体的厂商的身影。期待在不久的将来，这些国产氮化镓控制芯片都能在细分领域下完成对进口产品的替代，成为真正的国货之光。