PI的PowiGaN技术的使用优势及应用
power integrations（pi）于2019年7月27日发布了结合powigan技术的全新innoswitch™3系列恒压/恒流离线反激式开关电源ic，利用gan（氮化镓）技术，让innoswitch的产品在整个负载范围内提供95%的高效率转换，并且在密闭适配器内不使用散热片的情况下可提供100 w的功率输出。
这款产品的发布日期专门选在了pi二季度财报当天，足见该技术对pi未来的重要性。pi总裁兼首席执行官balu balakrishnan表示：“在实现高效率和小尺寸方面，氮化镓是一项明显优于硅技术的关键技术。我们预计众多电源应用会从硅晶体管快速转换为氮化镓。自从我们在18个月之前推出硅技术新器件以来，innoswitch3已成为离线开关电源ic市场当之无愧的技术先行者，随着我们的反激式产品在效率和功率能力的提高，新的氮化镓ic进一步巩固了我们的优势地位。”
实测结果显示，带有powigan技术的innoswitch3系列可以实现超过100w的输出功率，同时rdson损耗达到了最低，效率也是前所未有的高。
为什么要使用氮化镓
balu balakrishnan表示，移动设备正在进入快速充电器的新阶段，受到多种融合趋势的催化。
首先是新的usb pd充电标准，它与新的type-c连接器配合使用，可以为任何移动设备提供高达100瓦的功率。
其次，oem的产品为了延长电池使用时间而做得容量越来越大，预计5g手机时代更加明显，这会消耗更多功率，但也会鼓励更多地使用耗电量大的功能，例如流媒体视频。
第三，随着手机市场陷入低增长或负增长，许多oem已将充电速度视为差异化竞争力，快充成为了整个行业的趋势，将在未来几年内继续发挥作用。
“我们相信我们拥有业界最好的技术来应对快速充电趋势，我们认为随着功率水平的不断提高，公司的技术优势将会增加。效率在快充中至关重要，因为适配器的外形太小，同时缺乏主动散热功能，容易造成散热不好，而集成也很关键，因为高功率充电器通常具有更高的复杂度和更多的元件数。而pi的 innoswitch产品无论效率还是集成度，都是市场的领导者。 ”balu说道。
balu强调，“我相信我们是目前唯一一家大批量生产高压gan基产品的公司，事实上，目前一些零配件市场已经采用了我们的gan产品。”
balu表示，pi在时机上处于有利位置，同时在技术方面也是如此，pi所专长的高可靠，无需光电耦合器的技术可以为客户提供诸多便利。“事实上，我们迄今为止所做的大部分工作是由客户推动的，他们来找我们要求为他们提供产品。”balu说道。
balu认为，gan的关键点不在适配器，而是功率转换的本身，一般来说，30至40瓦应用的任何产品都有机会用到gan技术，更高功率的产品更是只有gan可以满足。
pi gan系列产品初出茅庐便崭露头角
根据充电头网的拆解显示，包括anker、aukey、ravpower等多家公司均已采用了pi的powigan方案，而无一例外，所有配件厂都将gan技术作为产品的主要卖点之一。正如anker ceo阳萌在纽约发布会中所说：“传统充电器使用si（硅）作为半导体材料，不仅体积占比高而且效率低下，在充电时由于散热问题会浪费了20%的潜在能量。安克创新在过去的12个月一直在研究gan技术，就是为了让充电器降低能量损耗，同时充分减小其尺寸。”
比如充电头网曾经拆解的anker著名的powerport atom pd 1氮化镓充电器，就是采用了pi的sc1933c，内置氮化镓技术，不过当初pi还没有对外公布powigan这项技术，因此也误称为pi innogan 系列，但无论如何这都是pi面向商用的首款gan产品，并且近半年来也得到了市场的充分验证。
在sc1933c中并没有明确指出gan产品。
但是在innoswitch3的datasheet中已明确指出包括inn3379c及inn3370c采用了750v gan 开关。
powigan技术的优势
氮化镓凭借其禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，确立了其在制备宽波谱、高功率、高效率的微电子、电力电子、光电子等器件方面的领先地位。
pi资深技术培训经理阎金光（jason yan）指出，具体在pi所专注的充电领域，氮化镓具有包括rdson更小以及开关损耗降低。rdson的降低，意味着导通电阻更小，也就是带来更小的导通损耗。而对于开关损耗来说，主要是从电压从高压到0时电流从0到最大，这其中的交叠区域会产生功耗，gan由于可以具有更高的转换频率，因此开关损耗也更低。
如上图所示，对于导通损耗与开关损耗来说，gan都比si mosfet要小，也因此实现了更小的尺寸和更低的功耗损失。
阎金光表示，正是因为gan的效率足够高，因此可以节省散热片设计，从而实现小尺寸高效率的紧凑型适配器设计，通过更好地控制内部温升，以及gan相对si更强的抗高温特性，因此十分适合对体积、效率和寿命都有要求的场合。
具体来说，包括非原装usb pd适配器、高端手机充电器、笔记本适配器及其他队尺寸或效率有要求的诸如家电、电视机、服务器待机电源、电脑、游戏机等，此外还有一些希望采用innoswitch系列产品，但是又需要更高功率输出的场合都是powigan产品应用的市场。
为什么gan刚刚开始腾飞？
阎金光表示，十几年前业界就开始进行第三代宽禁带半导体的产业化研究工作，但无论是gan还是sic的良率都非常低，因此成本很高。同时gan的应用还非常难，因为是高速器件，pcb layout非常敏感，emi设计很难，而pi通过集成化方式，将所有设计挑战都放到了芯片内部，增加了产品的可靠性，降低了设计难度，使得gan技术的大批量市场化应用成为可能。
“从电源设计流程到器件的开关频率、工作波形、外部元件的选用以及emi/esd考量等，powigan技术的innoswitch3和以前没有任何区别，更加易于被设计工程师所接受。”阎金光说道。
阎金光补充道，针对gan的电源应用，我们并不崇尚更高开关频率的应用。虽说频率越高的话变压器体积可以做得越少，但是频率高意味着电磁干扰越强，为了满足emi规格需要增加额外的滤波器等电路，反而会增加整个方案的体积，因此在innoswitch3中gan的工作频率和过去的基于mosfet的产品一样，这也是权衡的结果。
balu也在投资者峰会时说过类似的话，pi的gan技术与目前普遍讨论的gan技术不同，pi是完全在内部开发的，并且是专门针对电源转换设计的应用。其次，gan尚未商业化的原因主要是因为gan在分立电路中非常难以驾驭，频率太快，很难对其控制或者保护，pi的解决方式是集成在系统级芯片中，解决了客户使用难题。“事实上，如果你把带有gan的inno 3放在其中，除了性能更好，它看起来就和其他inno 3一样。“pi内部研究了所有的安全功能并以适当的方式驱动gan，并且我们有着多年的研发经验，达到了批量出货阶段，并且得到了客户的积极反馈。”
阎金光特别强调，pi的powigan技术采用的是单芯片方案，并且所有的工艺都是由pi自己开发的，完全专有的技术，不会被其他厂商所利用，同时在供应链方面pi也选择的是长期稳定的代工合作伙伴，保证产品的稳定性和可靠性。
powigan应用到innoswitch3的各系列中
目前innoswitch3的全系产品 （cp/ep/pro）都已成功导入gan技术，并实现量产。
如图所示，其中cp是恒功率应用场合，ep适合敞开式应用，而pro则带有数字接口，支持usb pd+pps模式，可以使得适配器的输出更加精准，无需手机内部额外的dc-dc转换器，实现适配器输出的智能化数字化控制。
为了加速powigan技术和innoswitch3系列产品的上市周期，pi开发了诸多参考设计，主要就是为了usb pd所开发。
“2018年我们的gan产品就已经投入市场，目前来看安全性得到了充分验证，没有一颗料失效返厂，我们相信gan代表着未来，尤其是等一线oem们认识到gan的安全性，高效性之后，一定会有更大的增长空间。”阎金光说道。
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实测结果显示，带有powigan技术的innoswitch3系列可以实现超过100w的输出功率，同时rdson损耗达到了最低，效率也是前所未有的高。
为什么要使用氮化镓
balu balakrishnan表示，移动设备正在进入快速充电器的新阶段，受到多种融合趋势的催化。
首先是新的usb pd充电标准，它与新的type-c连接器配合使用，可以为任何移动设备提供高达100瓦的功率。
其次，oem的产品为了延长电池使用时间而做得容量越来越大，预计5g手机时代更加明显，这会消耗更多功率，但也会鼓励更多地使用耗电量大的功能，例如流媒体视频。
第三，随着手机市场陷入低增长或负增长，许多oem已将充电速度视为差异化竞争力，快充成为了整个行业的趋势，将在未来几年内继续发挥作用。
“我们相信我们拥有业界最好的技术来应对快速充电趋势，我们认为随着功率水平的不断提高，公司的技术优势将会增加。效率在快充中至关重要，因为适配器的外形太小，同时缺乏主动散热功能，容易造成散热不好，而集成也很关键，因为高功率充电器通常具有更高的复杂度和更多的元件数。而pi的 innoswitch产品无论效率还是集成度，都是市场的领导者。 ”balu说道。
balu强调，“我相信我们是目前唯一一家大批量生产高压gan基产品的公司，事实上，目前一些零配件市场已经采用了我们的gan产品。”
balu表示，pi在时机上处于有利位置，同时在技术方面也是如此，pi所专长的高可靠，无需光电耦合器的技术可以为客户提供诸多便利。“事实上，我们迄今为止所做的大部分工作是由客户推动的，他们来找我们要求为他们提供产品。”balu说道。
balu认为，gan的关键点不在适配器，而是功率转换的本身，一般来说，30至40瓦应用的任何产品都有机会用到gan技术，更高功率的产品更是只有gan可以满足。
pi gan系列产品初出茅庐便崭露头角
根据充电头网的拆解显示，包括anker、aukey、ravpower等多家公司均已采用了pi的powigan方案，而无一例外，所有配件厂都将gan技术作为产品的主要卖点之一。正如anker ceo阳萌在纽约发布会中所说：“传统充电器使用si（硅）作为半导体材料，不仅体积占比高而且效率低下，在充电时由于散热问题会浪费了20%的潜在能量。安克创新在过去的12个月一直在研究gan技术，就是为了让充电器降低能量损耗，同时充分减小其尺寸。”
比如充电头网曾经拆解的anker著名的powerport atom pd 1氮化镓充电器，就是采用了pi的sc1933c，内置氮化镓技术，不过当初pi还没有对外公布powigan这项技术，因此也误称为pi innogan 系列，但无论如何这都是pi面向商用的首款gan产品，并且近半年来也得到了市场的充分验证。
在sc1933c中并没有明确指出gan产品。
但是在innoswitch3的datasheet中已明确指出包括inn3379c及inn3370c采用了750v gan 开关。
powigan技术的优势
氮化镓凭借其禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，确立了其在制备宽波谱、高功率、高效率的微电子、电力电子、光电子等器件方面的领先地位。
pi资深技术培训经理阎金光（jason yan）指出，具体在pi所专注的充电领域，氮化镓具有包括rdson更小以及开关损耗降低。rdson的降低，意味着导通电阻更小，也就是带来更小的导通损耗。而对于开关损耗来说，主要是从电压从高压到0时电流从0到最大，这其中的交叠区域会产生功耗，gan由于可以具有更高的转换频率，因此开关损耗也更低。
如上图所示，对于导通损耗与开关损耗来说，gan都比si mosfet要小，也因此实现了更小的尺寸和更低的功耗损失。
阎金光表示，正是因为gan的效率足够高，因此可以节省散热片设计，从而实现小尺寸高效率的紧凑型适配器设计，通过更好地控制内部温升，以及gan相对si更强的抗高温特性，因此十分适合对体积、效率和寿命都有要求的场合。
具体来说，包括非原装usb pd适配器、高端手机充电器、笔记本适配器及其他队尺寸或效率有要求的诸如家电、电视机、服务器待机电源、电脑、游戏机等，此外还有一些希望采用innoswitch系列产品，但是又需要更高功率输出的场合都是powigan产品应用的市场。
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