4月15日至17日，納芯微參加2025慕尼黑上海電子展(electronica China)，本屆展會是納芯微攜收購麥歌恩后磁傳感器系列、聯(lián)合芯弦推出的實時控制MCU NSSine?系列以及豐富的信號鏈、電源管理、傳感器產(chǎn)品系列集體亮相。納芯微還全面展示了汽車電子、數(shù)字電源、工業(yè)控制、光伏儲能、白電、消費電子等領(lǐng)域的系統(tǒng)級半導體產(chǎn)品解決方案。

　　在展會現(xiàn)場，主要負責柵極驅(qū)動IC產(chǎn)品規(guī)劃與市場推廣工作的納芯微技術(shù)市場劉建棟接受了記者專訪。圍繞AI數(shù)據(jù)中心電源和柵極驅(qū)動IC，他從行業(yè)發(fā)展與市場趨勢 、納芯微的關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品方案、如何化解客戶痛點、國產(chǎn)替代與生態(tài)合作以及納芯微未來技術(shù)路線規(guī)劃等幾個方面與記者進行了深入的交流。

　　行業(yè)發(fā)展與市場趨勢

　　當下，隨著人工智能(AI)數(shù)據(jù)中心的快速部署，算力需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，導致GPU供電功率急劇攀升。在AI數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)不斷演進的大背景下，納芯微明確了柵極驅(qū)動IC是助推這一變革浪潮的關(guān)鍵角色。

　　劉建棟表示，總體而言，AI數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)正朝著高功率、高效率、高功率密度的方向持續(xù)發(fā)展。

　　在一次電源方面，整機柜功率已從傳統(tǒng)的千瓦級別逐步邁向兆瓦級別，PSU單機功率更是提升至10kW以上;與此同時，高壓直流配電的應(yīng)用比例也在提升，固態(tài)變壓器已開始進行部署。

　　二次電源采用48V中間母線電壓，有效降低了Busbar的傳輸損耗。由于算力卡板上空間寸土寸金，IBC電源模塊的開關(guān)頻率提升到MHz以上，功率密度達到5kW/in3以上。

　　三次電源則逐漸采用垂直供電方式替代水平供電，以此來降低PDN損耗，并且單級直供方案在未來也極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　他指出，AI數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)的這些顯著變化，不可避免地催生了新拓撲、新控制策略以及新器件的廣泛應(yīng)用。柵極驅(qū)動IC作為電源系統(tǒng)中除主控芯片和功率器件之外最為關(guān)鍵的芯片，已然處于這場變革的核心位置。

　　“只有緊密跟隨技術(shù)發(fā)展的變化趨勢，并深刻理解這些變化對系統(tǒng)應(yīng)用帶來的挑戰(zhàn)，挖掘應(yīng)用痛點并大膽創(chuàng)新，才能夠打造出契合市場需求的柵極驅(qū)動IC解決方案。”他說。

　　關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品方案

　　在AI數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)不斷變化，且呈現(xiàn)高功率、高效率、高功率密度發(fā)展態(tài)勢的當下，納芯微的柵極驅(qū)動芯片以其自主關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)推出了一系列明星產(chǎn)品，備受業(yè)界矚目。

　　劉建棟首先介紹了納芯微的高可靠性的隔離驅(qū)動技術(shù)。以應(yīng)用最為廣泛的雙通道隔離驅(qū)動芯片來說，納芯微的新一代產(chǎn)品NSI6602V是在成熟產(chǎn)品基礎(chǔ)上進行的迭代升級。相較于老產(chǎn)品，它在GNTI等抗干擾能力上實現(xiàn)了進一步強化，能夠從容應(yīng)對各類電源復雜多變的工作環(huán)境。

　　第二是面向第三代半導體的專用驅(qū)動技術(shù)。針對SiC領(lǐng)域，納芯微推出了新一代集成米勒鉗位功能的單通道隔離驅(qū)動NSI6601ME以及雙通道隔離驅(qū)動NSI6602ME。而在E-mode GaN方面，納芯微相繼推出了集成負壓關(guān)斷功能的單通道驅(qū)動NSD2012N、700V半橋驅(qū)動NSD2622N，以及100V半橋驅(qū)動NSD2123。這些產(chǎn)品精準滿足了不同第三代半導體器件的驅(qū)動需求。

　　第三是多功能集成技術(shù)。以新一代智能驅(qū)動NSI67系列為例，該系列產(chǎn)品不僅具備過流保護、米勒鉗位以及故障上報等功能，還集成了一路隔離采樣通道。這一通道可用于溫度或電壓檢測，極大地推動了固態(tài)變壓器、UPS等電源系統(tǒng)的設(shè)計簡化，有效提升了系統(tǒng)的整體性能。

　　第四是滿足小尺寸封裝驅(qū)動芯片的需求。在增強絕緣方面，納芯微能夠提供SSOW密腳寬體封裝的隔離驅(qū)動產(chǎn)品;對于基本絕緣或功能絕緣需求，納芯微則可提供最小尺寸為4mm×4mm的雙通道隔離驅(qū)動，以及最小尺寸為2mm×2mm的半橋驅(qū)動產(chǎn)品，充分滿足了不同應(yīng)用場景對小尺寸封裝的多樣化需求。

　　解決方案旨在化解客戶痛點

　　當前，GaN在AI數(shù)據(jù)中心電源領(lǐng)域所帶來的系統(tǒng)收益，已經(jīng)獲得了行業(yè)的普遍認可。盡管GaN性能卓越，但實際應(yīng)用卻并非易事，現(xiàn)實是在大功率PSU或IBC模塊設(shè)計過程中，客戶常常遭遇GaN柵極振蕩、對寄生參數(shù)敏感等棘手問題，這使得許多客戶對GaN雖心向往之，卻只能望而卻步。針對此問題，業(yè)內(nèi)友商以及納芯微都有哪些有效的解決方案呢?

　　劉建棟回應(yīng)道：“為了降低GaN的使用門檻，國內(nèi)外頭部GaN廠商近年來推出了一些集成驅(qū)動IC的GaN功率芯片，特別是MOSFET-LIKE類型的GaN功率芯片，由于可以和MOSFET實現(xiàn)封裝兼容，加快了GaN在中大功率電源應(yīng)用的普及。然而，有很多客戶存在對差異化設(shè)計的需求，特別是在多管并聯(lián)、雙向開關(guān)等應(yīng)用場景中，仍需要分立GaN器件及相應(yīng)的驅(qū)動IC。納芯微于2021年便開始進行GaN驅(qū)動技術(shù)的布局，并在國內(nèi)率先推出了GaN高壓半橋驅(qū)動產(chǎn)品，截至目前已積累了豐富的GaN驅(qū)動產(chǎn)品組合。”

　　那么，納芯微針對GaN驅(qū)動究竟進行了哪些關(guān)鍵優(yōu)化呢?比如，如何降低GaN容易誤導通等應(yīng)用風險?在驅(qū)動特性方面，驅(qū)動芯片又如何完美匹配GaN的高頻特性呢?

　　他說：“納芯微的GaN驅(qū)動芯片從定義之初，便緊密圍繞客戶需求與應(yīng)用痛點展開，每一項功能或參數(shù)背后，都滲透著我們對GaN在電源應(yīng)用的深刻理解。”

　　第一是要先解決怎么把GaN用起來的問題，鑒于E-mode GaN的導通閾值相對較低在1V左右，在高壓、大功率，尤其是硬開關(guān)場景下，以PSU為例，在高 dv/dt開關(guān)時極易因米勒效應(yīng)引發(fā)GaN誤動作。針對這一問題，納芯微的高壓半橋驅(qū)動NSD2622N集成了電荷泵電路能夠在內(nèi)部生成負壓，從而實現(xiàn)GaN的負壓關(guān)斷降低誤導通風險。NSD2622N的電荷泵電路在電源啟機、突發(fā)模式、負載跳變等各種工況下，都能維持負壓穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的魯棒性。對于中低壓場景，由于dv/dt相對低一些且GaN死區(qū)損耗占比較大，此時，納芯微的100V半橋驅(qū)動NSD2123通過內(nèi)部集成米勒鉗位功能，將GaN柵極強下拉，也能有效降低誤導通的風險。此外，納芯微在設(shè)計GaN驅(qū)動IC的引腳位置時，充分考量了實際布局的需求并進行了優(yōu)化，同時采用低寄生電感的封裝形式，從而將柵極回路電感的影響降至最低。

　　第二是要解決怎么把GaN用好的問題，為了充分發(fā)揮GaN的高頻、高速開關(guān)特性，驅(qū)動芯片需要具備更高的CMTI水平。高壓半橋驅(qū)動NSD2622N的CMTI達到了200V/ns，100V半橋驅(qū)動NSD2123也達到了100V/ns，二者均處于目前業(yè)界的頂尖水平。

　　劉建棟接著說，考慮到IBC模塊的開關(guān)頻率已運行在1MHz以上的高頻狀態(tài)，NSD2123的高低邊輸出傳輸延時的Mismatch僅為1ns，這使得客戶能夠設(shè)置極小的死區(qū)時間，進而降低死區(qū)損耗。并且，一般認為GaN的開關(guān)速度主要取決于驅(qū)動芯片的峰值驅(qū)動電流和上升下降時間，然而由于GaN驅(qū)動電壓較低特別是低壓GaN僅有5V，在大負載時實際上驅(qū)動電流會受到驅(qū)動芯片內(nèi)部上拉電阻的限制，而無法達到數(shù)據(jù)手冊標稱的峰值電流。對此NSD2123針對大功率IBC模塊等應(yīng)用優(yōu)化了內(nèi)部上拉電阻，從而有利于提高GaN開關(guān)速度，降低開關(guān)損耗。

　　第三是解決怎么讓GaN易用的問題，避免因為使用GaN而增加了系統(tǒng)設(shè)計復雜度。在以往的PSU設(shè)計中，如果驅(qū)動Si器件，經(jīng)常會采用自舉供電的方式以簡化系統(tǒng)輔助電源設(shè)計。然而由于GaN需要負壓關(guān)斷，如果用普通的驅(qū)動IC往往通過隔離供電來產(chǎn)生所需的正負電源軌。這就意味著每一路半橋的高邊驅(qū)動都需要一路獨立的隔離供電，這使得隔離輔助電源的設(shè)計變得極為復雜。

　　而NSD2622N內(nèi)部集成了負壓功能，并且支持自舉供電方式，這一特性能夠極大地幫助客戶簡化電源軌設(shè)計。以3kW PSU為例，若TTP PFC和全橋LLC原邊均依靠隔離電源為驅(qū)動芯片提供正負電源軌，那么將需要5路隔離供電;若采用NSD2622N的自舉供電方式，隔離供電數(shù)量可減少到2路。對于更大功率的 PSU，往往需要多相交錯并聯(lián)，采用NSD2622N的自舉供電方式，在簡化隔離輔助電源設(shè)計方面所帶來的收益將更為顯著。

　　國產(chǎn)替代與生態(tài)合作

　　在GaN功率器件領(lǐng)域，已呈現(xiàn)出國內(nèi)廠商(如英諾賽科)與國際品牌(如英飛凌、羅姆)同臺競爭又相互補充的局面。在此背景下，納芯微的驅(qū)動IC是否能夠適配多個品牌的GaN產(chǎn)品呢?另外，在構(gòu)建“國產(chǎn)GaN功率生態(tài)鏈”的進程中，納芯微又是怎樣與上下游企業(yè)實現(xiàn)協(xié)同發(fā)展的呢?

　　劉建棟答道，納芯微開發(fā)的GaN驅(qū)動芯片，具備強大的兼容性，能夠適配不同品牌、不同類型(例如電壓型和電流型)以及不同耐壓等級的GaN器件。舉例來說，高壓半橋驅(qū)動NSD2622N的輸出電壓經(jīng)過內(nèi)置穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)，通過反饋電阻可以設(shè)定5V~6.5V的驅(qū)動電壓。這樣一來，在搭配不同品牌的GaN時，僅僅通過調(diào)節(jié)反饋電阻就可以根據(jù)GaN特性設(shè)定最合適的驅(qū)動電壓，使不同品牌的GaN都能工作在最優(yōu)效率點。

　　他補充說，與其他功率器件不同，GaN應(yīng)用非常依賴整體生態(tài)的構(gòu)建，客戶往往希望供應(yīng)商可以提供整體解決方案而不僅僅是單一的GaN器件或者驅(qū)動芯片。納芯微從客戶實際需求出發(fā)，與國內(nèi)頭部GaN廠商展開深度合作，共同打造全國產(chǎn)化的“驅(qū)動芯片+GaN器件”參考設(shè)計方案，并以此為依托，逐步搭建起一個國產(chǎn)GaN應(yīng)用生態(tài)協(xié)同體系，促進了產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的緊密協(xié)作與共同發(fā)展。

　　全國產(chǎn)化驅(qū)動芯片+GaN參考設(shè)計

　　未來技術(shù)路線圖

　　伴隨AI算力需求的持續(xù)井噴，納芯微的柵極驅(qū)動芯片在接下來有怎樣的規(guī)劃，又將在哪些方面重點發(fā)力呢?

　　劉建棟表示，其一，納芯微將以現(xiàn)有的柵極驅(qū)動IC產(chǎn)品組合為基石，推動其與公司旗下的其他品類芯片，如采樣芯片、電源芯片、接口芯片等產(chǎn)品協(xié)同并進。通過這種方式，為客戶呈上涵蓋AI數(shù)據(jù)中心電源全鏈路的系統(tǒng)級、一站式解決方案。這不僅能夠極大地豐富客戶可選擇的方案范圍，還能有效降低客戶在供應(yīng)鏈管理方面的成本。

　　其二，從長遠視角來看，AI數(shù)據(jù)中心電源對于高效率和高功率密度的追求不會止步。納芯微將緊緊追隨客戶需求的動態(tài)變化，深度探索新技術(shù)與新方案。“舉例來說，我們計劃開發(fā)適用于特定拓撲結(jié)構(gòu)的專用驅(qū)動芯片、具備更高效率的同步整流功率芯片，以及合封GaN功率芯片等一系列創(chuàng)新型產(chǎn)品，為客戶提供更多的選擇。”

　　采訪后記

　　對于數(shù)據(jù)中心電源客戶而言，想要玩轉(zhuǎn)三代半，不妨試用一下納芯微的明星驅(qū)動IC解決方案。其中，NSI6602V是納芯微第二代高可靠性的隔離式雙通道柵極驅(qū)動器IC, 增強了抗干擾能力和驅(qū)動能力，且功耗更低，同時提高了輸入側(cè)的耐壓能力。可以驅(qū)動高達2MHz開關(guān)頻率的功率晶體管，其每個通道輸出具備25ns傳播延遲和5ns的最大延遲匹配，以及100V/ns的最小共模瞬變抗擾度(CMTI)提高系統(tǒng)魯棒性。

　　而NSD2622N是專為E-mode GaN設(shè)計的高壓半橋驅(qū)動芯片，該芯片采用了納芯微的成熟電容隔離技術(shù)，高邊驅(qū)動可以支持-700V到+700V的共模電壓，200V/ns的SW電壓變化斜率，同時具有低傳輸延時和低通道間延時的特性，兩通道均能提供2A/-4A的驅(qū)動能力。高低邊的驅(qū)動輸出級都內(nèi)部集成專門的電壓調(diào)節(jié)器，可以生成5V~6.5V可調(diào)的穩(wěn)定正壓，以及-2.5V的固定負壓，并支持自舉供電。同時集成一顆5V固定輸出的LDO，可以為數(shù)字隔離器等電路供電，用于需要隔離的場景。

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