前言
隨著百瓦充電器以及移動電源的普及，大功率設備也開始使用 USB Type-C 介面進行供電，組建了完整的生態，並且加快了 USB PD 的普及。但是對於高性能的計算設備來說，USB PD3.0 協議提供的 100W 功率不是很夠用，最新推出的 USB PD3.1 協議擴展了 USB PD3.0 的輸出範圍，支持 28V、36V、48V 輸出，最高功率達到 240W，可以滿足大功率的設備供電。
在 PD 3.1 大功率電源設計里，半橋拓撲的應用愈發普遍。在半橋拓撲中使用分立氮化鎵器件方案，不僅器件占板面積較大，而且會受到寄生電感等因素干擾，影響電源系統效率。於是越來越多的廠商著手推出半橋氮化鎵合封晶元，將兩顆半橋氮化鎵器件和驅動器封裝在一個晶元內部，簡化半橋拓撲電源設計。下面充電頭網為大家盤點一下各大功率器件廠商推出的半橋氮化鎵合封晶元產品。
半橋氮化鎵晶元
充電頭網總結了八大廠商共12款半橋氮化鎵晶元，並匯總如下表所示。
目前已有氮矽、量芯微、英飛凌、英諾賽科、納微、納芯微、意法半導體、泰高技術八大廠商推出過半橋氮化鎵晶元。
排名不分先後，按英文首字母排序。
Danxitech 氮矽
DX2104J
氮矽科技的增強型 GaN HEMT 雙通道柵極驅動DX2104J，作為一顆國內領先的80V耐壓的氮化鎵半橋驅動，內置自舉電源，具有獨立的高低側TTL邏輯控制信號輸入，將輸出電壓鉗位在5.2V，確保準確高速的驅動。驅動級具有1.5A拉電流能力和5A灌電流能力，可防止意外導通。
DX2104J採用DFN4x4封裝，可用於半橋或全橋轉換器、同步降壓轉換器、無線充電器、D類功放等多種應用領域。
GaNPower 量芯微
全波相電流半橋氮化鎵IPM
量芯微準備推出一款具有0.1%精度、無熱、正負電流檢測、1200V的半橋氮化鎵IPM。
該半橋氮化鎵IPM集成60V~1200V半橋GaN，內集成0.1%精度、50nS相應、無熱電流採樣，發熱量只有錳銅的萬分之一，具有智能過流保護可保證電爐安全可靠，同時集成隔離半橋驅動、自舉電路、隔離ADC、集成NTC。
此為半橋氮化鎵IPM電路圖。
該半橋氮化鎵IPM採用PowerSSO-24/DIP25-DBC兩種形式封裝。
infineon 英飛凌
IGI60F1414A1L
英飛凌推出的半橋氮化鎵集成功率級晶元 IGI60F1414A1L，適合低功率至中功率範圍、小型輕量化的設計應用。外觀為8x8 QFN-28封裝型式，針對散熱效能進行強化，可為系統提供極高的功率密度。此產品包含兩個 140 mΩ / 600 V CoolGaN 增強型 （e-mode） HEMT 開關以及英飛凌 EiceDRIVER系列中的電氣隔離專用高低側柵極驅動器。
隔離柵極驅動器擁有兩個數字 PWM 輸入，讓 IGI60F1414A1L 更易於控制。為了達到縮短開發時間、減少系統物料清單項目和降低總成本等目標，利用集成隔離功能、明確分隔數字和電源接地以及簡化PCB配置等，皆是不可或缺的要素。
柵極驅動器採用英飛凌的單晶元無磁芯變壓器（CT）技術，將輸入與輸出有效隔離。即便在電壓上升或下降速率超過 150 V/ns 的超快速切換瞬時下，仍可確保高速特性和傑出的穩定性。
英飛凌 IGI60F1414A1 L的切換特性可以簡易地根據不同的應用藉由一些柵極路徑的被動元件諸如阻容器件實現。例如，此特性可使電流或電壓速率優化，以降低電磁干擾（EMI）效應、穩態柵極電流調整和負柵極電壓驅動，在硬切換開關應用中穩定運行。
Innoscience 英諾賽科
ISG3201
英諾賽科 ISG3201 是一顆 100V 耐壓的半橋氮化鎵功率晶元，晶元內部封裝兩顆耐壓 100V，導阻 3.2mΩ 的增強型氮化鎵開關管以及 100V 半橋驅動器。內部集成的驅動器省去了外部鉗位電路，能夠顯著降低關聯的寄生參數。半橋氮化鎵器件具備60A連續電流能力，無反向恢複電荷，並具有極低的導通電阻。
ISG3201 外圍元件非常精簡，晶元內部集成了驅動電阻、自舉電容和供電濾波電容。英諾賽科在這款晶元上採用固化驅動形式，減少柵極和功率迴路寄生電感，並簡化功率路徑設計。該晶元還具有獨立的高側和低側 PWM 信號輸入，並支持 TTL 電平驅動，可由專用控制器或通用 MCU 進行驅動控制。
通過顯微拍攝可清晰看到 ISG3201 的焊盤依次為 SW，PGND 和 VIN，獨特的焊盤設計縮小了功率路徑的環路面積，同時增大了散熱面積，有效降低器件運行時的溫升。相比傳統分立的驅動器+氮化鎵解決方案，電路設計更加簡化，PCB尺寸更小巧，可設計單面布板，寄生參數更小，系統性能更優。
在應用方面，英諾賽科 ISG3201 半橋氮化鎵功率晶元適用於高頻高功率密度降壓轉換器，半橋和全橋轉換器，D類功放，LLC 轉換器和功率模組應用，可用於 AI，伺服器，通信，數據中心等應用場景。48V 工作電壓也滿足 USB PD 3.1 快充以及戶外電源相關應用，通過集成的半橋器件，簡化功率組件的開發設計。
Navitas 納微
NV624X
NV624X是一款採用了Navitas 納微半導體最新GaNSense 技術的新一代半橋氮化鎵功率晶元系列產品，相比於現有的分立式方案，納微半橋功率晶元可實現 MHz 級的開關頻率，將有效降低系統損耗和複雜度。
納微 NV624X 系列目前已有 NV6245C、NV6247 兩款產品，額定電壓均為 650V，均採用工業標準、薄型、低電感的 6x8mm PQFN 封裝。納微 NV6245C 內置2顆 275mΩ GaN FETs 和對應驅動器，可用於 65W ACF 拓撲快充電源、100W AHB 拓撲快充電源等產品中。
納微 NV6247 內置2顆 160mΩ GaN FETs 和對應驅動器，實現橋式電源拓撲在 MHz 頻率下運行。不僅如此，晶元同時還完美適配圖騰柱 PFC 以及三相電機驅動等應用場景。
納微 NV624X 半橋氮化鎵功率晶元為電子元件創建了一個易於使用的系統構建塊。相較分立式方案，革命性的單片集成方案能有效減少 60% 的元件數量及布局結構，進而減少系統成本、尺寸、重量與複雜性。
納微 NV624X 半橋氮化鎵功率晶元集成的 GaNSense 技術實現了前所未有的自動保護，提升了系統可靠性和穩定性，並結合了無損電流感測，達到更高層級的效率和節能水平。
novosns 納芯微
NSD2621
NSD2621是一顆高壓半橋柵極驅動晶元，專門用於驅動E−mode（增強型）GaN 開關管。
NSD2621將隔離技術應用於高壓半橋驅動，使得共模瞬變抗擾度更高，可以耐受700V的負壓，有效提升了系統的可靠性。解決了GaN應用橋臂中點SW引腳的共模瞬變和負壓尖峰問題。上下管的驅動輸出都集成了內部穩壓器LDO，可以有效抑制VDD或BST引入的高頻干擾，有利於保持柵極驅動信號幅值穩定，保護GaN開關管柵級免受過壓應力的影響。
NSD2621產品特性和功能一覽圖。
由於GaN器件可以實現反嚮導通，替代了普通MOSFET體二極體的續流作用，但是一旦負載電流過大會出現高反嚮導通壓降，造成較大的傳輸損耗，降低了系統效率，所以NSD2621內置20ns~100ns可調的硬體死區時間，可以有效避免發生橋臂直通的情況，橋臂直通是指兩個串聯的電力電子開關器件同時導通，如果兩端有電壓，將導致直流電源短路，損壞橋臂功率器件。
ST 意法半導體
ST意法半導體目前已推出至少5款MasterGaN半橋器件，MasterGaN器件內部集成了兩顆 650V耐壓的GaN開關管及驅動器，組成半橋器件，是一款先進的系統級功率封裝，可輸入邏輯電壓信號輕鬆控制器件，支持零下40到125攝氏度工作溫度範圍。
MasterGaN1
ST意法半導體 MasterGaN1 內部集成半橋驅動器和兩顆耐壓650V，導阻150mΩ的高壓GaN開關管，集成在9*9*1mm的QFN封裝內，工作電流10A，低側和高側均具有欠壓關閉保護。驅動器內置自舉二極體，內置互鎖功能，且具有準確的內部定時匹配。
圖為ST MasterGaN1的評估板，連接為半橋輸出，左側為驅動信號輸入，右側為半橋輸出，左側下方是一顆穩壓器，為MasterGaN1提供穩壓供電。
通過評估板圖片可以看出，MasterGaN1器件將控制信號和功率走線分開，便於走線布局設計。
ST意法半導體 MasterGaN1 通過內部集成半橋驅動器和GaN開關管來減少元件數量，同時其走線方便布局設置，可實現靈活簡潔快速的設計。
MasterGaN2
ST意法半導體 MasterGaN2 內部集成了半橋驅動器和兩顆耐壓650V的高壓GaN開關管組成非對稱半橋，上管為225mΩ，下管為150mΩ，集成在9*9*1mm的QFN封裝內，工作電流最高10A，低側和高側均具有欠壓關閉保護，可用於ACF拓撲。
MASTERGAN2為非對稱設計的半橋結構，上管為225mΩ，下管為150mΩ，其餘功能與MASTERGAN1一致，可用於ACF拓撲。
ST意法半導體 MasterGaN2 集成的驅動器內置自舉二極體，內置互鎖功能，且具有準確的內部定時匹配。
MasterGaN3
MASTERGAN3是一款先進的功率系統封裝集成，採用門極驅動器和兩個增強模式GaN晶體管的非對稱半橋配置。集成的功率GaN具有650 V的擊穿電壓，同時嵌入式門極驅動器的高側可以通過集成的自舉二極體輕鬆供電。
ST意法半導體 MasterGaN3 內部集成了半橋驅動器和兩顆耐壓650V的高壓GaN開關管組成非對稱半橋，上管為450mΩ，下管為225mΩ，集成在 9*9*1mm 的QFN封裝內，工作電流最高6.5A，低側和高側均具有欠壓關閉保護。
MASTERGAN3在上下驅動部分都具有UVLO保護，防止電源開關在低效率或危險條件下工作，互鎖功能可以避免交叉傳導條件。MASTERGAN3的工作溫度範圍為-40°C至125°C，適用於工業環境，採用9x9 mm QFN封裝。
MasterGaN4
ST意法半導體 MasterGaN4 內部集成半橋驅動器和兩顆耐壓650V，導阻225mΩ的高壓GaN開關管，集成在9*9*1mm的QFN封裝內，工作電流6.5A，低側和高側均具有欠壓關閉保護。驅動器內置自舉二極體，內置互鎖功能，且具有準確的內部定時匹配。
MasterGaN4為對稱半橋結構，內置兩顆225mΩ導阻的高壓GaN開關管。
ST意法半導體 MasterGaN4 通過內部集成半橋驅動器和GaN開關管來減少元件數量，同時其走線方便布局設置，可實現靈活簡潔快速的設計。
MasterGaN5
MASTERGAN5是一款先進的功率系統封裝集成，採用門極驅動器和兩個增強模式GaN功率晶體管的半橋配置。集成的功率GaNs具有650V的擊穿電壓，同時嵌入式門極驅動器的高側可以通過集成的二極體輕鬆供電。
ST意法半導體 MasterGaN5 內部集成半橋驅動器和兩顆耐壓650V，導阻450mΩ的高壓GaN開關管，集成在9*9*1mm的QFN封裝內，工作電流4A，低側和高側均具有欠壓關閉保護。驅動器內置自舉二極體，內置互鎖功能，且具有準確的內部定時匹配。
Tagore 泰高技術
TTHB100NM
泰高技術推出國產氮化鎵半橋晶元，其 TTHB100NM 是一款集成2顆增強型氮化鎵650V 100mΩ 氮化鎵開關管及對應的驅動器的半橋功率晶元，用於高側、低側和電平轉換。它內置了UVLO（欠壓鎖定）、過溫和帶故障輸出信號的過電流保護，晶元內集成了用於高側的啟動電源。
泰高技術 TTHB100NM 具有12V~20V的寬電源工作範圍，可應用在DC–DC轉換、逆變器、手機/筆記本充電器、LED/電機驅動、圖騰柱無橋PFC 應用、高頻LLC轉換器、伺服器/AC-DC電源、有源鉗位反激等場景中。
泰高技術 TTHB100NM 晶元採用低電感 8mm×10mm QFN 封裝，低電感封裝的集成驅動器允許在高壓和高頻中安全運行。開關頻率高達2MHz，傳輸延遲低至 50ns，支持 50V/ns dV/dT 抗擾度, 外圍元器件精簡，具有非常緊湊和簡便的布局，可實現靈活快捷的設計。
泰高技術 TTHB100NM 晶元 8mm×10mm QFN 封裝看起來比較大，但是比起兩顆8mm*8mm的GaN開關管加上獨立的驅動器，占板面積大大縮小。同時合封器件也大大減小了寄生效應對效率的影響，提高電源產品的效率和可靠性。
充電頭網總結
氮化鎵技術的出現，通過降低開關損耗和導通阻抗，提高效率，降低發熱，大大減小了快充充電器的體積。而合封晶元的出現更是進一步提高集成度，將傳統初級電路中兩三顆晶元才能實現的功能，由一顆晶元完成，從而大大簡化設計，越來越多的廠商也開始發力這一領域。
半橋電路作為升壓或降壓應用的重要基礎，廣泛應用在智能手機和筆記本充電器、電視、太陽能電池板、數據中心和電動汽車等場景中，而隨著PD 3.1標準的落地，半橋拓撲在開關電源中的應用也將普及。
工程師在設計PD3.1電源產品時，相較於分立器件，使用半橋合封氮化鎵器件不僅可以有效減小占板面積，同時合封器件也大大減小了寄生效應對效率的影響，提高電源產品的效率和可靠性。
