導(dǎo)讀

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(huì)是納芯微攜收購(gòu)麥歌恩后磁傳感器系列、聯(lián)合芯弦推出的實(shí)時(shí)控制MCU NSSine?系列以及豐富的信號(hào)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(chē)電子、數(shù)字電源、工業(yè)控制、光伏儲(chǔ)能、白電、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的系統(tǒng)級(jí)半導(dǎo)體產(chǎn)品解決方案。

在展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，主要負(fù)責(zé)柵極驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品規(guī)劃與市場(chǎng)推廣工作的納芯微技術(shù)市場(chǎng)劉建棟接受了記者專(zhuān)訪。圍繞AI數(shù)據(jù)中心電源和柵極驅(qū)動(dòng)IC，他從行業(yè)發(fā)展與市場(chǎng)趨勢(shì)、納芯微的關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品方案、如何化解客戶(hù)痛點(diǎn)、國(guó)產(chǎn)替代與生態(tài)合作以及納芯微未來(lái)技術(shù)路線規(guī)劃等幾個(gè)方面與記者進(jìn)行了深入的交流。

01

行業(yè)發(fā)展與市場(chǎng)趨勢(shì)

當(dāng)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(zhǎng)，導(dǎo)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(jìn)的大背景下，納芯微明確了柵極驅(qū)動(dòng)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(jī)柜功率已從傳統(tǒng)的千瓦級(jí)別逐步邁向兆瓦級(jí)別，PSU單機(jī)功率更是提升至10kW以上；與此同時(shí)，高壓直流配電的應(yīng)用比例也在提升，固態(tài)變壓器已開(kāi)始進(jìn)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(kāi)關(guān)頻率提升到MHz以上，功率密度達(dá)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(lái)降低PDN損耗，并且單級(jí)直供方案在未來(lái)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?fù)洹⑿驴刂撇呗砸约靶缕骷膹V泛應(yīng)用。柵極驅(qū)動(dòng)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(chǎng)變革的核心位置。

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

02

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(shì)的當(dāng)下，納芯微的柵極驅(qū)動(dòng)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(dòng)技術(shù)。以應(yīng)用最為廣泛的雙通道隔離驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)說(shuō)，納芯微的新一代產(chǎn)品NSI6602V是在成熟產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行的迭代升級(jí)。相較于老產(chǎn)品，它在GNTI等抗干擾能力上實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步強(qiáng)化，能夠從容應(yīng)對(duì)各類(lèi)電源復(fù)雜多變的工作環(huán)境。

第二是面向第三代半導(dǎo)體的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)技術(shù)。針對(duì)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(dòng)NSI6601ME以及雙通道隔離驅(qū)動(dòng) NSI6602ME。而在E-mode GaN方面，納芯微相繼推出了集成負(fù)壓關(guān)斷功能的單通道驅(qū)動(dòng)NSD2012N、700V半橋驅(qū)動(dòng)NSD2622N，以及100V半橋驅(qū)動(dòng)NSD2123。這些產(chǎn)品精準(zhǔn)滿(mǎn)足了不同第三代半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)需求。

第三是多功能集成技術(shù)。以新一代智能驅(qū)動(dòng) NSI67 系列為例，該系列產(chǎn)品不僅具備過(guò)流保護(hù)、米勒鉗位以及故障上報(bào)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(cè)，極大地推動(dòng)了固態(tài)變壓器、UPS等電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，有效提升了系統(tǒng)的整體性能。

第四是滿(mǎn)足小尺寸封裝驅(qū)動(dòng)芯片的需求。在增強(qiáng)絕緣方面，納芯微能夠提供SSOW密腳寬體封裝的隔離驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品；對(duì)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(dòng)，以及最小尺寸為2mm×2mm的半橋驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，充分滿(mǎn)足了不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)小尺寸封裝的多樣化需求。

03

解決方案旨在化解客戶(hù)痛點(diǎn)

當(dāng)前，GaN在AI數(shù)據(jù)中心電源領(lǐng)域所帶來(lái)的系統(tǒng)收益，已經(jīng)獲得了行業(yè)的普遍認(rèn)可。盡管GaN性能卓越，但實(shí)際應(yīng)用卻并非易事，現(xiàn)實(shí)是在大功率PSU或IBC模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，客戶(hù)常常遭遇GaN柵極振蕩、對(duì)寄生參數(shù)敏感等棘手問(wèn)題，這使得許多客戶(hù)對(duì)GaN雖心向往之，卻只能望而卻步。針對(duì)此問(wèn)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(mén)檻，國(guó)內(nèi)外頭部GaN廠商近年來(lái)推出了一些集成驅(qū)動(dòng)IC的GaN功率芯片，特別是MOSFET-LIKE類(lèi)型的GaN功率芯片，由于可以和MOSFET實(shí)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(hù)存在對(duì)差異化設(shè)計(jì)的需求，特別是在多管并聯(lián)、雙向開(kāi)關(guān)等應(yīng)用場(chǎng)景中，仍需要分立GaN 器件及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)IC 。納芯微于2021年便開(kāi)始進(jìn)行GaN驅(qū)動(dòng)技術(shù)的布局，并在國(guó)內(nèi)率先推出了GaN高壓半橋驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，截至目前已積累了豐富的GaN驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品組合?！?/p>

那么，納芯微針對(duì)GaN驅(qū)動(dòng)究竟進(jìn)行了哪些關(guān)鍵優(yōu)化呢？比如，如何降低GaN容易誤導(dǎo)通等應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)？在驅(qū)動(dòng)特性方面，驅(qū)動(dòng)芯片又如何完美匹配GaN的高頻特性呢？

他說(shuō)：“納芯微的GaN驅(qū)動(dòng)芯片從定義之初，便緊密?chē)@客戶(hù)需求與應(yīng)用痛點(diǎn)展開(kāi)，每一項(xiàng)功能或參數(shù)背后，都滲透著我們對(duì)GaN在電源應(yīng)用的深刻理解?！?/p>

第一是要先解決怎么把GaN用起來(lái)的問(wèn)題，鑒于E-mode GaN的導(dǎo)通閾值相對(duì)較低在1V左右，在高壓、大功率，尤其是硬開(kāi)關(guān)場(chǎng)景下，以PSU為例，在高 dv/dt開(kāi)關(guān)時(shí)極易因米勒效應(yīng)引發(fā)GaN誤動(dòng)作。針對(duì)這一問(wèn)題，納芯微的高壓半橋驅(qū)動(dòng)NSD2622N 集成了電荷泵電路能夠在內(nèi)部生成負(fù)壓，從而實(shí)現(xiàn)GaN的負(fù)壓關(guān)斷降低誤導(dǎo)通風(fēng)險(xiǎn)。NSD2622N 的電荷泵電路在電源啟機(jī)、突發(fā)模式、負(fù)載跳變等各種工況下，都能維持負(fù)壓穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的魯棒性。對(duì)于中低壓場(chǎng)景，由于dv/dt相對(duì)低一些且GaN死區(qū)損耗占比較大，此時(shí)，納芯微的100V半橋驅(qū)動(dòng)NSD2123通過(guò)內(nèi)部集成米勒鉗位功能，將GaN柵極強(qiáng)下拉，也能有效降低誤導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)。此外，納芯微在設(shè)計(jì)GaN驅(qū)動(dòng)IC的引腳位置時(shí)，充分考量了實(shí)際布局的需求并進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)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(wèn)題，為了充分發(fā)揮GaN的高頻、高速開(kāi)關(guān)特性，驅(qū)動(dòng)芯片需要具備更高的CMTI水平。高壓半橋驅(qū)動(dòng)NSD2622N的CMTI達(dá)到了200V/ns，100V半橋驅(qū)動(dòng)NSD2123也達(dá)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(shuō)，考慮到IBC模塊的開(kāi)關(guān)頻率已運(yùn)行在1MHz以上的高頻狀態(tài)，NSD2123的高低邊輸出傳輸延時(shí)的Mismatch僅為1ns，這使得客戶(hù)能夠設(shè)置極小的死區(qū)時(shí)間，進(jìn)而降低死區(qū)損耗。并且，一般認(rèn)為GaN的開(kāi)關(guān)速度主要取決于驅(qū)動(dòng)芯片的峰值驅(qū)動(dòng)電流和上升下降時(shí)間，然而由于GaN驅(qū)動(dòng)電壓較低特別是低壓GaN僅有5V，在大負(fù)載時(shí)實(shí)際上驅(qū)動(dòng)電流會(huì)受到驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部上拉電阻的限制，而無(wú)法達(dá)到數(shù)據(jù)手冊(cè)標(biāo)稱(chēng)的峰值電流。對(duì)此NSD2123針對(duì)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(kāi)關(guān)速度，降低開(kāi)關(guān)損耗。

第三是解決怎么讓GaN易用的問(wèn)題，避免因?yàn)槭褂肎aN而增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。在以往的PSU設(shè)計(jì)中，如果驅(qū)動(dòng)Si器件，經(jīng)常會(huì)采用自舉供電的方式以簡(jiǎn)化系統(tǒng)輔助電源設(shè)計(jì)。然而由于GaN需要負(fù)壓關(guān)斷，如果用普通的驅(qū)動(dòng)IC往往通過(guò)隔離供電來(lái)產(chǎn)生所需的正負(fù)電源軌。這就意味著每一路半橋的高邊驅(qū)動(dòng)都需要一路獨(dú)立的隔離供電，這使得隔離輔助電源的設(shè)計(jì)變得極為復(fù)雜。

而NSD2622N內(nèi)部集成了負(fù)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(hù)簡(jiǎn)化電源軌設(shè)計(jì)。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(dòng)芯片提供正負(fù)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(duì)于更大功率的 PSU，往往需要多相交錯(cuò)并聯(lián)，采用NSD2622N的自舉供電方式，在簡(jiǎn)化隔離輔助電源設(shè)計(jì)方面所帶來(lái)的收益將更為顯著。

04

國(guó)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(guó)內(nèi)廠商（如英諾賽科）與國(guó)際品牌（如英飛凌、羅姆）同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)又相互補(bǔ)充的局面。在此背景下，納芯微的驅(qū)動(dòng)IC是否能夠適配多個(gè)品牌的GaN產(chǎn)品呢？另外，在構(gòu)建“國(guó)產(chǎn)GaN功率生態(tài)鏈”的進(jìn)程中，納芯微又是怎樣與上下游企業(yè)實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展的呢？

劉建棟答道，納芯微開(kāi)發(fā)的GaN驅(qū)動(dòng)芯片，具備強(qiáng)大的兼容性，能夠適配不同品牌、不同類(lèi)型（例如電壓型和電流型）以及不同耐壓等級(jí)的GaN器件。舉例來(lái)說(shuō)，高壓半橋驅(qū)動(dòng)NSD2622N的輸出電壓經(jīng)過(guò)內(nèi)置穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)，通過(guò)反饋電阻可以設(shè)定5V~6.5V的驅(qū)動(dòng)電壓。這樣一來(lái)，在搭配不同品牌的GaN時(shí)，僅僅通過(guò)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(dòng)電壓，使不同品牌的GaN都能工作在最優(yōu)效率點(diǎn)。

他補(bǔ)充說(shuō)，與其他功率器件不同，GaN應(yīng)用非常依賴(lài)整體生態(tài)的構(gòu)建，客戶(hù)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(dòng)芯片。納芯微從客戶(hù)實(shí)際需求出發(fā)，與國(guó)內(nèi)頭部GaN廠商展開(kāi)深度合作，共同打造全國(guó)產(chǎn)化的“驅(qū)動(dòng)芯片 + GaN器件”參考設(shè)計(jì)方案，并以此為依托，逐步搭建起一個(gè)國(guó)產(chǎn)GaN應(yīng)用生態(tài)協(xié)同體系，促進(jìn)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(guó)產(chǎn)化驅(qū)動(dòng)芯片+GaN參考設(shè)計(jì)

05

未來(lái)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(dòng)芯片在接下來(lái)有怎樣的規(guī)劃，又將在哪些方面重點(diǎn)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(dòng)IC產(chǎn)品組合為基石，推動(dòng)其與公司旗下的其他品類(lèi)芯片，如采樣芯片、電源芯片、接口芯片等產(chǎn)品協(xié)同并進(jìn)。通過(guò)這種方式，為客戶(hù)呈上涵蓋AI數(shù)據(jù)中心電源全鏈路的系統(tǒng)級(jí)、一站式解決方案。這不僅能夠極大地豐富客戶(hù)可選擇的方案范圍，還能有效降低客戶(hù)在供應(yīng)鏈管理方面的成本。

其二，從長(zhǎng)遠(yuǎn)視角來(lái)看，AI 數(shù)據(jù)中心電源對(duì)于高效率和高功率密度的追求不會(huì)止步。納芯微將緊緊追隨客戶(hù)需求的動(dòng)態(tài)變化，深度探索新技術(shù)與新方案?！芭e例來(lái)說(shuō)，我們計(jì)劃開(kāi)發(fā)適用于特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)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(hù)提供更多的選擇?！?/p>

06

采訪后記

對(duì)于數(shù)據(jù)中心電源客戶(hù)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(dòng)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(dòng)器IC, 增強(qiáng)了抗干擾能力和驅(qū)動(dòng)能力，且功耗更低，同時(shí)提高了輸入側(cè)的耐壓能力?？梢则?qū)動(dòng)高達(dá)2MHz開(kāi)關(guān)頻率的功率晶體管，其每個(gè)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(zhuān)為E-mode GaN設(shè)計(jì)的高壓半橋驅(qū)動(dòng)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(dòng)可以支持-700V到+700V的共模電壓，200V/ns的SW電壓變化斜率，同時(shí)具有低傳輸延時(shí)和低通道間延時(shí)的特性，兩通道均能提供2A/-4A的驅(qū)動(dòng)能力。高低邊的驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)都內(nèi)部集成專(zhuān)門(mén)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(fù)壓，并支持自舉供電。同時(shí)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(chǎng)景。