想要玩转氮化镓?纳芯微全场景GaN驱动IC解决方案来啦!

发布时间:2023-12-20 11:47
作者:AMEYA360
来源:纳芯微
阅读量:3950

  作为当下热门的第三代半导体技术,GaN在数据中心、光伏、储能、电动汽车等市场都有着广阔的应用场景。和传统的Si器件相比,GaN具有更高的开关频率与更小的开关损耗,但对驱动IC与驱动电路设计也提出了更高的要求。

  按照栅极特性差异,GaN分为常开的耗尽型(D-mode)和常关的增强型(E-mode)两种类型;按照应用场景差异,GaN需要隔离或非隔离、低边或自举、零伏或负压关断等多种驱动方式。针对不同类型的GaN和各种应用场景,纳芯微推出了一系列驱动IC解决方案,助力于充分发挥GaN器件的性能优势。

  01、耗尽型(D-mode)GaN 驱动方案

  一、D-mode GaN类型与特点

  由于常开的耗尽型GaN本身无法直接使用,需要通过增加外围元器件的方式,将D-mode GaN从常开型变为常关型,主要包括级联(Cascode)和直驱(Direct Drive)两种技术架构;其中,级联型的D-mode GaN更为主流。如下图1,级联型的D-mode GaN是通过利用低压Si MOSFET的开关带动整体的开关,从而将常开型变为常关型。

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  尽管低压Si MOS在导通时额外串入沟道电阻,并且参与了器件的整体开关过程,但由于低压Si MOS的导通电阻和开关性能本身就很理想,所以对GaN器件的整体影响非常有限。

  级联型的D-mode GaN最大的优势在于可用传统Si MOS的驱动电路,以0V/12V电平进行关/开的控制。但需要注意的是,尽管驱动电路和Si MOS相同,但由于级联架构的D-mode GaN的开关频率和速度远高于传统的Si MOS,所以要求驱动IC能够在很高的dv/dt环境下正常工作。

  如下图2和图3所示为氮化镓采用半桥拓扑典型应用电路,GaN的高频、高速开关会导致半桥中点的电位产生很高的dv/dt跳变,对于非隔离驱动IC,驱动芯片的内部Level shifter寄生电容会在高dv/dt下产生共模电流;对于隔离驱动IC,驱动芯片的输入输出耦合电容同样构成共模电流路径。这些共模电流耦合到信号输入侧会对输入信号造成干扰,可能会触发驱动芯片的误动作,严重时甚至会引发GaN发生桥臂直通。

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  因此,共模瞬变抗扰度(CMTI)是选择GaN驱动IC的一个重要指标。对于GaN器件,特别是高压、大功率应用,推荐使用100V/ns以上CMTI的驱动IC,以满足更高开关频率、更快开关速度的需求。

  二、纳芯微D-mode GaN驱动方案

  纳芯微提供多款应用于D-mode GaN的驱动解决方案,以满足不同功率段、隔离或非隔离等不同应用场景的需求。

  1)NSD1624:高可靠性高压半桥栅极驱动器

  传统的非隔离高压半桥驱动IC一般采用level-shifter架构,由于内部寄生电容的限制,通常只能耐受50V/ns的共模瞬变。NSD1624创新地将隔离技术应用于高压半桥驱动IC的高边驱动,将dv/dt耐受能力提高到150V/ns,并且高压输出侧可以承受高达±1200V的直流电压。此外,NSD1624具有+4/-6A驱动电流能力,能工作在10~20V 电压范围,高边和低边输出均有独立的供电欠压保护功能(UVLO)。NSD1624 可提供SOP14,SOP8,与小体积的LGA 4*4mm封装,非常适合高密度电源的应用,可适用于各种高压半桥、全桥电源拓扑。

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  2)NSI6602V/NSI6602N:第二代高性能隔离式双通道栅极驱动器

  NSI6602V/NSI6602N是纳芯微第二代高性能隔离式双通道栅极驱动器, 相比第一代产品进一步增强了抗干扰能力和驱动能力,同时提高了输入侧的耐压能力,且功耗更低,可以支持最高2MHz工作开关频率。每个通道输出以快速的25ns传播延迟和5ns的最大延迟匹配来提供最大6A/8A的拉灌电流能力,150V/ns的共模瞬变抗扰度(CMTI) 提高了系统抗共模干扰能力。NSI6602V/NSI6602N有多个封装可供选择,最小封装是4*4mm LGA 封装,可用于GaN等功率密度要求高的场景。

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  3)NSI6601/NSI6601M:隔离式单通道栅极驱动器

  NSI6601/6601M 是隔离式单通道栅极驱动器,可以提供分离输出用于分别控制上升和下降时间。驱动器的输入侧为3.1V至17V电源电压供电,输出侧最大电源电压为32V,输入输出电源引脚均支持欠压锁定(UVLO)保护。它可以提供5A/5A 的拉/灌峰值电流,最低150V/ns的共模瞬变抗扰度(CMTI)确保了系统鲁棒性。此外,NSI6601M还集成了米勒钳位功能,可以有效抑制因米勒电流造成的误导通风险。

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  02、增强型(E-mode)GaN驱动方案

  一、E-mode GaN类型与特点

  不同于Cascode D-mode GaN通过级联低压Si MOS来实现常关型,E-mode GaN直接对GaN栅极进行p型掺杂来修改能带结构,改变栅极的导通阈值,从而实现常断型器件。

  根据栅极结构不同,E-mode GaN又分为欧姆接触的电流型和肖特基接触的电压型两种技术路线,其中电压型E-mode GaN最为主流,下文将主要介绍该类型GaN的驱动特性和方案。

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  这种类型E-mode GaN的优点是可以实现0V关断、正压导通,并且无需损害GaN的导通和开关特性。由于GaN没有体二极管,不存在二极管的反向恢复问题,在硬开关场合可以有效降低开关损耗和EMI噪声。然而,电压型E-mode GaN驱动电压范围较窄,一般典型驱动电压范围在5~6V,并且开启阈值也很低,对驱动回路的干扰与噪声会比较敏感,设计不当的话容易引起GaN误开通甚至栅极击穿。

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  *不同品牌的E-mode GaN栅极耐受负压能力差别较大,有的仅能耐受-1.4V,有的可耐受-10V负压。

  在低电压、小功率,或对死区损耗敏感的应用中,一般可使用0V电压关断;但是在高电压、大功率系统中,往往推荐采用负压关断来增强噪声抗扰能力,保证可靠关断。在设计栅极关断的负压时,除了需要考虑GaN本身的栅极耐压能力外,还需要考虑对效率的影响。如下表所示,这是因为E-mode GaN在关断状态下可以实现电流的反向流动即第三象限导通,但是反向导通压降和栅极关断的负压值相关,用于栅极关断的电压越负,反向压降就越大,相应的会带来更大的死区损耗。一般,对于500W以上高压应用,特别是硬开关,推荐-2V~-3V的关断负压。

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  ➯ 考虑E-mode GaN的以上驱动特性,对驱动器和驱动电路的设计一般需要满足:

  ◆ 具备100V/ns以上的CMTI,以满足高频应用的抗扰能力;

  ◆可提供5~6V的驱动电压,并且驱动器最好集成输出级LDO;

  ◆ 驱动器最好有分开的OUTH和OUTL引脚,从而不必通过二极管来区分开通和关断路径,避免了二极管压降造成GaN误导通的风险;

  ◆ 在高压、大功率应用特别是硬开关拓扑,可以提供负压关断能力;

  ◆ 尽可能小的传输延时和传输延时匹配,从而可以设定更小的死区时间,以减小死区损耗。

  二、E-mode GaN驱动方案

  分压式方案

  E-mode GaN可以采用传统的Si MOS驱动器来设计驱动电路,需要通过阻容分压电路做降压处理。如图8所示驱动电路,开通时E-mode GaN栅极电压被Zener管稳压在6V左右,关断时被Zener管的正向导通电压钳位在-0.7V左右。因此,GaN的开通和关断电压由Dz决定,和驱动器的供电电压无关。

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  更进一步的,如果在Dz的基础上,再反向串联一个Zener管,那么就可以实现负压关断。

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  如图10所示,为NSD1624采用10V供电,通过阻容分压的方式用于驱动E-mode GaN的典型应用电路。同样的,隔离式驱动器NSI6602V/NSI6602N、NSI6601/NSI6601M也可以采用这种电路,用于驱动E-mode GaN。对于阻容分压电路的原理与参数设计在E-mode GaN厂家的官网上都有相关应用笔记,在此不展开详解。

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  直驱式方案

  尽管阻容分压式驱动电路,可以采用传统的Si MOSFET驱动器来驱动E-mode GaN,但是需要复杂的外围电路设计,并且分压式方案的稳压管的寄生电容会影响到E-mode GaN的开关速度,应用会有一些局限性。对此,纳芯微针对E-mode GaN推出了专门的直驱式驱动器,外围电路设计更简单,可靠性更高,可以充分发挥E-mode GaN的性能优势。

  1)NSD2621:E-mode GaN专用高压半桥栅极驱动器

  NSD2621是专为E-mode GaN设计的高压半桥驱动芯片,该芯片采用了纳芯微的成熟电容隔离技术,可以支持-700V到+700V耐压,150V/ns的半桥中点dv/dt瞬变,同时具有低传输延时特性。高低边的驱动输出级都集成了LDO,在宽VCC供电范围内均可输出5~6V的驱动电压,并可提供2A/-4A的峰值驱动电流,同时具备了UVLO 功能,保护电源系统的安全工作。NSD2621 可提供高集成度的LGA (4*4mm) 封装,适用于高功率密度要求的应用场景。图5为NSD2621的典型应用电路,相比分压式电路,采用NSD2621无需电阻、电容、稳压管等外围电路,简化了系统设计,并且驱动更可靠。

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  2)NSD2017:E-mode GaN专用单通道低边栅极驱动器

  NSD2017是专为驱动E-mode GaN设计的车规级单通道低边驱动芯片,具有欠压锁定和过温保护功能,可以支持5V供电,分离的OUTH和OUTL引脚用于分别调节GaN的开通和关断速度,可以提供最大7A/-5A的峰值驱动电流。NSD2017动态性能出色,具备小于3ns的传输延时,支持1.25ns最小输入脉宽以及皮秒级的上升下降时间,可应用于激光雷达和电源转换器等应用。NSD2017有1.2mm*0.88mm WLCSP和2mm*2mm DFN车规级紧凑封装可选,封装具有最小的寄生电感,以减少上升和下降时间并限制振铃幅值。

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  3)NSI6602V/NSI6602N:E-mode GaN隔离驱动

  专门针对E-mode GaN隔离驱动的需求,纳芯微调节NSI6602V/NSI6602N的欠压点,使其可以直接用于驱动E-mode GaN:当采用0V关断时,选择4V UVLO版本;当采用负压关断时,可以选择6V UVLO版本。需要注意的是,当采用NSI6602V/NSI6602N直接驱动E-mode GaN时,上管输出必须采用单独的隔离供电,而不能采用自举供电。这是因为当下管E-mode GaN在死区时进入第三象限导通Vds为负压,此时驱动上管如果采用自举供电,那么自举电容会被过充,容易导致上管E-mode GaN的栅极被过压击穿。图13为NSI6602V/NSI6602N直驱E-mode GaN时的典型应用电路,提供+6V/-3V的驱动电压。

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  03、GaN功率芯片方案

  NSG65N15K是纳芯微最新推出的GaN功率芯片产品,内部集成了半桥驱动器和两颗耐压650V、导阻电阻150mΩ的E-mode GaN HEMT。NSG65N15K通过将驱动器和GaN合封在一起,消除了共源极电感Lcs,并且将栅极回路电感Lg也降到最小,避免了杂散电感的影响。NSG65N15K是9*9mm的QFN封装,相比传统分立方案的两颗5*6mm DFN封装的GaN开关管加上一颗4*4mm QFN封装的高压半桥驱动,加上外围元件,总布板面积可以减小40%以上。此外,NSG65N15K内置可调死区时间、欠压保护、过温保护功能,有利于实现GaN 应用的安全、可靠工作,并充分发挥其高频、高速的特性优势,适用于各类中小功率GaN应用场合。

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  04、纳芯微GaN驱动方案选型指南

  综上所述,纳芯微针对不同类型的GaN和各种应用场景,推出了一系列驱动IC解决方案,客户可以根据需求自行选择相应的产品:

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纳芯微:以“一站式”“隔离+”理念重构服务器电源核心竞争力
  在人工智能技术爆发式增长的推动下,服务器作为数字经济的核心基础设施,正面临着功率密度、能效水平和可靠性的严苛挑战,这让服务器电源的技术演进与产品升级成为行业关注的焦点,也为产业链相关厂商带来了历史性的发展机遇。仅以最热门的AI服务器电源为例,根据Valuates Reports的统计数据,2024年全球AI服务器电源市场规模为28.46亿美元,预计到2031年将增长至608.10亿美元,2025–2031年复合增长率高达45%。  纳芯微战略市场总监郑仲谦在接受记者采访时表示:“服务器电源是纳芯微泛能源业务领域的重要市场之一(纳芯微泛能源领域包括发电端、输电端、用电端的相关应用),随着能源转型持续推进及AI技术的带动,该领域将保持良好的成长态势。当前,纳芯微在服务器电源领域已占据相对领先地位,可提供包括功率器件、功率驱动、传感器、电源管理、信号链、MCU等在内的完整解决方案,覆盖从前级UPS到AC/DC、DC/DC PSU,再到板级DC/DC的完整供电链条。”  服务器电源行业:高压化、高效化与高功率密度并行  当前,全球服务器电源行业正经历三大核心趋势的深度变革。其一是供电架构高压化演进,随着AI服务器功率从几十千瓦跃升至百千瓦级别,传统低压供电架构已难以满足需求,800V或正负400V高压HVDC架构成为主流方向,推动电源器件向更高电压、更高带宽适配升级。  其二是服务器电源的能效标准持续提升,超越钛金级的能效要求成为行业追求。比如,在80 Plus官网上推出了红宝石级认证:要求230V、227V/480V的内部冗余电源中,PFC在50%负载下的转换效率达到96.5%,且功率因数不低于0.96;100%负载下要求转换效率达到92%,且功率因数不低于0.96。这种对功率的极限压榨,倒逼电源系统在采样精度、驱动效率和电源转换效率上实现突破。  其三是第三代半导体(氮化镓、碳化硅)的应用普及,这些材料具有优异的特性,可显著降低开关损耗,从而大幅提高功率开关的工作频率,显著提升电源方案的功率密度。而这样的高功率密度方案,需要配套更高驱动强度、更快响应速度、更高可靠性的元器件方案。  因此,上述趋势对相关元器件应用有着积极的带动作用。比如,纳芯微技术市场经理刘舒婷指出,传统应用中,仅PFC功率因数校准前存在1-2个采样点;随着服务器电源向HVDC(400V、600V、800V)演进,电源模块功率提升至25-30千瓦,为满足效率要求,采样点数量大幅增加——当前一个PSU系统的采样点已达到十几个,整体市场规模实现数倍增长。另外,PSU、DC电源模块、BBU、高压应用等场景的市场机会持续释放,推动整体市场规模不断扩大,为具备核心技术优势的企业提供了广阔的增长空间。  在这些趋势和机遇背后,国产厂商获得了大量创新机会。当前,服务器电源市场呈现“海外主导、国产突围”的竞争格局——在DC电源模块、VCORE供电等核心领域,海外厂商凭借先发优势和标准制定权占据主导地位,800V电源架构等标准也多由海外企业提出。但在PSU、UPS及二级DC电源供电等领域,国内产业链参与度较高,成为国产厂商的核心突破口。纳芯微等国内企业凭借对本土客户需求的深刻理解、快速的定制化响应能力和完整的产品解决方案,在隔离、采样、驱动等关键器件领域逐步实现进口替代,市场占有率持续提升。尤其是在“隔离+”相关产品领域,纳芯微产品指标领先国内友商,具备较强的竞争力,出货量位居国内第一,形成了良好的市场口碑与客户基础。  纳芯微一站式解决方案:全链路覆盖服务器电源核心需求  如上所述,纳芯微针对服务器电源全链条提供一站式解决方案。该方案整合隔离、功率器件、传感器、MCU等多条产品线,能够为PSU、BBU、CBU等核心场景提供完整的器件支持与系统级解决方案。  在PSU场景中,纳芯微的产品布局覆盖从输入侧整流与功率因数校正(PFC),到高压DC母线,再到隔离DC/DC变换及输出侧的关键功能模块。具体包括:  电流与电压采样环节:纳芯微提供霍尔电流传感器(如NSM201x、NSM211x、NSM204x)、电流采样方案(NSCSA21x、NSCSA24x),以及隔离放大器与隔离比较器(如NSI1300、NSI1400、NSI1611、NSI22C1x),用于PFC输入侧、母线电压及LLC谐振腔等关键节点的电流、电压监测与保护。  隔离与驱动环节:针对Si、SiC及GaN功率器件的应用,纳芯微布局了单通道隔离驱动(NSI6601、NSI6601M、NSI6801、NSI6801E),以及非隔离驱动(如NSD1026V、NSD1624、NSD262x),覆盖从PFC到隔离DC/DC级的多种拓扑需求。  控制与通信环节:纳芯微提供MCU(如高端算力NS800RT7系列,中端算力NS800RT5/3系列,超高性价比入门级NS800RT1系列)、数字隔离器(NSI83xx系列)、隔离I²C(NSI8200)、隔离ADC(NSI130x系列)等器件,用于实现控制侧与高压功率侧之间的安全隔离与可靠通信。  辅助电源(AUX power)环节:纳芯微提供反激与Buck类电源管理芯片,包括反激电源NSR28C4x、NSR284x、NSR224/60x和将于今年发布的NSV2801/2系列,以及Buck转换器NSR1143x、NSR1103x,为控制、驱动、采样及通信模块提供稳定供电。  在BBU与CBU场景中,针对备电与电压稳定需求,纳芯微同样在采样监测、功率驱动、控制通信及辅助供电环节形成完整布局,满足双向DC/DC架构的数字或模拟控制需求。具体包括:  采样与监测环节:纳芯微提供霍尔电流传感器(NSM201x、NSM211x、NSM204x)以及电阻式电流采样芯片(NSCSA21x、NSCSA24x),用于对锂电池或超级电容的充放电电流及功率回路状态进行实时监测。  功率级驱动环节:针对BBU & CBU中双向DC/DC拓扑所使用的功率器件,纳芯微提供单通道隔离驱动产品(NSI6601、NSI6601M、NSI6801),以及非隔离驱动器件(NSD1026V、NSD1624、NSD262x),以满足不同功率级结构下的驱动需求。  控制与隔离通信环节:纳芯微提供隔离RS-485(NSI8308x)、数字隔离器(NSI83xx系列)等器件,用于连接能量存储系统中的控制单元、采样模块与功率级,实现高压环境下的安全通信。系统控制可采用MCU(如高端算力NS800RT7系列,中端算力NS800RT5/3系列,超高性价比入门级NS800RT1系列)完成能量管理与控制策略的执行。  辅助电源(AUX power)环节:纳芯微提供反激与Buck类电源管理芯片,包括反激电源NSR28C4x、NSR284x、NSR224/60x和将于今年发布的NSV2801/2系列,以及Buck转换器NSR1143x、NSR1103x,为控制、驱动、采样及通信模块提供稳定供电。  “隔离+”技术:筑牢服务器电源安全防线  作为纳芯微服务器电源一站式解决方案的核心,该公司隔离器件基于“隔离+”理念实现了多维度技术突破,形成了区别于行业同类产品的独特优势,成为保障服务器电源安全、可靠、高效运行的关键支撑。  纳芯微技术市场经理谭园表示,“隔离+”是纳芯微隔离产品的核心理念。“隔离+”中的“+”体现在三个维度:增强绝缘的安全防线、全生态的产品矩阵、深度赋能的应用理解。  一是增强绝缘提升安全。纳芯微提供功能绝缘、基本绝缘、增强绝缘等多等级产品,其中增强绝缘产品超越基本隔离标准,能为对单极绝缘有强需求的系统构筑更稳固的高低压安全边界。且纳芯微针对增强绝缘产品提供对应的认证证书、更高的绝缘等级及长期工作电压,以确保产品寿命。  二是全产品生态整合。以电容隔离技术IP为核心,衍生出数字隔离器、隔离接口、隔离采样、隔离驱动等完整产品组合,进而实现变压器集成的IC级隔离电源解决方案。这一组合性、延展性的概念能够适配更多场景,为客户提供更高集成度、更小尺寸的产品。  三是深度赋能应用。基于隔离技术和产品,满足电动汽车高压平台、大功率光储充系统,以及高集成、高效率AI服务器电源的需求,实现系统级的安全、可靠与高效。  隔离电源:以集成式+分立式方案适配多元应用场景  随着电子系统对安全性和抗干扰能力要求的日益提升,隔离电源已成为服务器电源设计中的关键环节,即提供电气隔离供电的电源模块。  在实际电路中,设计人员常使用的隔离器件(如数字隔离器、隔离接口、隔离驱动器)通常需要两个独立的电源供电:原边电源(VDD1)和副边电源(VDD2),且原边与副边不共地,核心目的是实现信号隔离,切断地回路干扰并保护系统安全。然而,如果供电电源本身不隔离,那么信号路径的绝缘意义将大打折扣,整个子电路仍无法实现真正的电气绝缘。因此,为隔离器件配备独立的隔离电源是系统的“强需求”,纳芯微的隔离电源IC产品,正是为了解决这一设计痛点而生。  纳芯微技术市场经理谭园指出,纳芯微隔离电源产品提供集成式与分立式两种形态,形成优势互补。其中,集成式方案是纳芯微极具特色的方案,将变压器直接集成在芯片内部,实现高度集成化设计,方案尺寸极小且可靠性强、功能完善;分立式方案的核心特点是变压器外置于IC,用户需要自行搭配变压器、副边整流二极管等外围器件,灵活性强但尺寸较大,且变压器外置增加了潜在的失效点。  在集成式隔离电源领域,纳芯微全新量产的NSIP9xxx系列是极具竞争力的一款产品。该系列产品是5V转5V、0.5W功率的高集成度隔离电源产品,可集成IO接口与隔离通信接口,特别适合对功率密度和板级空间有严格要求的应用场景,例如PC PSU的对外通信、BBU与BMS之间的通信等。  NSIP9xxx系列具有四大显著优势:  高集成度小型化:仅需输入输出电容即可工作,无需额外分立器件,与某些传统方案相比,体积有机会缩减至1/10;  卓越可靠性:内置变压器避免了线圈断裂、运输震动、人工安装等传统风险,无需点胶固定等额外工艺步骤,且该系列产品温度范围宽,可满足严苛环境要求;  优异EMC性能:该系列产品基于统一IP设计,辐射纹波小,满足严格电磁兼容标准,尤其是辐射(RE)性能;  全面产品特性:该系列产品安规认证齐全,具备增强绝缘证书,隔离耐压水平优异,VIOSM(浪涌电压)、VIORM(重复工作电压)参数较高,涵盖车规、工业级产品。  NSIP93086和NSIP9042是NSIP9xxx系列中极具代表性的产品。其中,NSIP93086集成隔离RS485接口与0.5W闭环控制DC/DC,提供宽体16脚、宽体20脚(SOW20)两种封装,尺寸与常规隔离器件相当但功能丰富。谭园称:“对于需要隔离RS485接口,且深受供电方案复杂、板级空间紧张、BOM成本高企困扰的客户而言,这款产品是理想选择。”  NSIP9042与NSIP93086的核心区别在于集成隔离CAN接口与0.5W DC电源,同样提供16脚、20脚两种紧凑封装,以增强绝缘实现三种功能集成于一颗芯片。  除了高度集成的NSIP9xxx系列,针对AI服务器电源中大量的灵活设计需求,纳芯微推出了分立式方案NSIP3266。这是一款内置全桥拓扑控制器的芯片,旨在为隔离驱动提供简洁、低成本且易于设计的供电选择。  服务器电源包含大量功率级,除12V、48V等低压场景外,AC/DC、PFC、PSU等场景均存在隔离驱动需求。尤其是在追求高效率的场景中,功率级拓扑(如多电平)的路数增加,带动驱动供电路数增多,如何以简洁、低成本的方式实现供电(例如一带多的供电架构)是行业挑战。NSIP3266以五大优势赋能这类场景创新:  宽耐压范围:对前级电源限制小,适应性强;  集成软启动:无需MCU控制,省去副边限流电阻;  内置晶振:集成晶振,开关频率自主控制,不占用MCU资源;  全面保护:集成的欠压、过流、过温保护均为自恢复模式;  高效率设计:在Demo测试中表现出优异的能效比。  隔离采样:为高压系统构建安全精准的“信号桥梁”  在服务器电源以及工业驱动、新能源汽车三电系统等高压应用场景中,核心的技术难点在于如何安全、准确地从高压侧采集信号并传输至低压侧,同时确保低压控制侧免受干扰。在这些应用中,隔离采样产品至关重要。  纳芯微技术市场经理刘舒婷以服务器电源(PSU)的典型架构为例进行解读:PFC级对输入交流电进行整形和升压,LLC谐振变换器高效完成DC/DC转换,最终形成稳定输出。在整个功率链路中,安全准确地监测电压和电流至关重要。纳芯微的隔离采样芯片被部署于多个关键监测点,包括PFC级输入电压/电流检测、PFC级输出电压检测、LLC谐振腔电流检测与快速过流保护、DC/DC输出电流检测,这些芯片确保了系统在各工作状态下均能可靠运行,并及时响应异常状况。  根据应用场景和功能需求的不同,纳芯微的隔离采样产品主要分为三类:  隔离电压采样:用于监测系统各关键节点的电压信号。  隔离电流采样:用于精确检测回路中的电流。  隔离比较器:专用于快速硬件保护,如过流、过压的即时关断。  在这三大隔离采样产品领域,纳芯微拥有丰富的产品组合。隔离电压采样方面,从王牌产品0-2V单端输入的NSI1311,演进至差分输入的隔离运放NSI1312、差分输入的隔离ADC NSI1316,同时推出自带隔离电源的电压采样NSI1361X系列;隔离电流采样方面,从主流产品NSI1300演进至迭代系列NSI1400/1200C,同样推出集成隔离电源的NSI360X系列;隔离比较器方面,纳芯微推出了新型隔离比较器NSI22C12,集成窗口比较器、隔离通道及高压侧LDO,相当于小型电路模块,可直接完成过压或过流保护,特别适用于服务器电源LLC谐振腔的快速过流保护需求。  为了更好地满足市场对高可靠性、高功率密度及低设计难度的需求,纳芯微在隔离采样领域持续创新。比如,纳芯微集成隔离电源的NSI36xx系列能够帮助设计人员简化设计、降本增效。纳芯微上一代王牌产品NSI13XX需要分别为高压侧和低压侧供电,这在浮地采样等无可用隔离电源的场景下,不仅增加了工程师的设计难度,也占用了较大的PCB面积。NSI36xx系列的出现打破了这一局限,它仅需在低压侧提供单一电源即可正常工作,省去了复杂的高压侧供电电路。这一改进不仅显著降低了电源设计复杂度,还能节省30%-50%的板级面积,在空间受限的场景中优势巨大,同时可降低10%-20%的整体BOM成本。  同时,NSI36xx系列里还拥有NSI36CXXR这样的差异化新品,集成了内部隔离比较器和差分转单端运放。其中,集成比较器可在1μs左右时间内检测异常状况并触发保护机制,大幅提升系统安全性和可靠性;新增的比例输出架构可直接与后级ADC匹配,减少信号调整电路的设计需求,降低设计成本,同时充分利用后级ADC的满量程,显著提升系统采样精度。  NSI1611则是纳芯微最新推出的0-4V输入隔离电压采样运放,具有两大系统级优势:  对地抗扰能力提升:将输入地干扰视为小型电压源,输入范围扩大一倍后,相同扰动电压的影响减小一半,抗扰动能力自然增强。  系统采样精度优化:理论分析与计算显示,输入范围扩大后,在0-600V系统中,尤其是中低压侧,新款NSI1611(绿色曲线)相比老款NSI1311(红色曲线)的精度提升显著。  输入形式方面,NSI1611提供单端或比例输出可选。比例输出版本可将后级参考电压直接接入芯片的Reference引脚,芯片自主完成差分转单端转换及简单自适应放大,帮助客户充分利用后级ADC满量程,提升整体采样精度。  此外,在隔离比较器方面,纳芯微NSI22C12作为一个高集成度的单芯片方案,有效替代了传统CT方案和分立方案。其内部集成窗口比较器,支持正负阈值设定;集成内部隔离通道,比较后可直接输出隔离数字信号;高压侧集成高压LDO,供电范围从传统的3.5V-5V拓展至3.1V-27V,可直接接入驱动供电,使用简单高效;通过外接电阻即可高精度设置保护阈值,灵活用作过流、过压或过温保护;最核心优势是保护延迟极短,最大仅250纳秒,远超其他方案。  结语  在AI技术持续赋能、服务器电源向高压化、高效化、集成化加速演进的背景下,纳芯微以“隔离+”为核心的一站式解决方案正迎来广阔的市场空间。凭借深厚的技术积累、完整的产品布局与持续的创新能力,纳芯微不仅为服务器电源客户提供了安全、可靠、高效的器件支持,更通过技术突破与生态构建,推动着行业技术边界的持续拓展。  面向未来,郑仲谦表示,纳芯微将继续从以下方面提升服务器电源产品的竞争力:其一,联合国内第三代半导体头部厂商,深化技术合作;其二,基于800V等已推出的标准,联合PSU客户、传统光伏客户(转型高压HVDC拓扑),共同突破DC电源模块、VCORE供电等领域;其三,随着国内核心AI芯片的发展,同步提供配套产品,为国产算力筑牢能源底座。
2026-03-05 11:46 阅读量:404
纳芯微牵头完成 PN 结半导体温度传感器国家标准制定
  近日,由纳芯微牵头制定的PN 结半导体温度传感器国家标准正式发布。该标准围绕器件定义、关键性能指标及测试方法建立统一技术框架,为高精度、高可靠测温应用提供了明确、可执行的技术依据。  PN 结温度传感器利用半导体 PN 结电压随温度变化的物理特性进行测量,可直接实现芯片级或功率器件内部的快速、精确温度感知,尤其适用于结温级测量。在精度、一致性与线性度等方面,相较传统 NTC 热敏电阻具备明显优势,已逐步成为高可靠测温场景的重要技术路线。  随着新能源汽车、泛能源及高端电子系统对温度感知精度和可靠性要求持续提升,PN 结温度传感器的应用持续扩大。但在器件性能表征与测试方法方面,行业长期缺乏统一标准。此次国家标准的发布,有助于提升不同产品方案之间的可比性,降低系统设计与应用成本,推动产业链上下游协同发展。  作为深耕传感器领域的半导体企业,纳芯微在 PN 结温度传感器的产品研发、测试方法及规模化应用方面积累了丰富实践经验。基于在多个行业的长期应用实践,纳芯微联合产业链相关单位,围绕关键性能指标、测试条件与一致性要求,推动形成具备工程可落地性的国家标准。  围绕 PN 结半导体测温技术,纳芯微已形成覆盖多行业、多精度等级的温度传感器产品组合,满足从高可靠工业系统到精密人体测温的多样化需求:  汽车领域  NST175H-Q1:面向智驾与座舱等相关应用,兼具高精度与高可靠性  NST235-Q1 / NST86-Q1:适用于整车热管理与车载电子系统的车规级温度感知需求  泛能源领域  NST175 / NST112 / NST5111:面向数据中心、电源系统及通信设备等高可靠应用,具备优异的一致性与长期运行稳定性,适用于系统级与器件级温控管理  NST117 / NST1075 / NST461 / NST1413 / NST235 / NST20:覆盖不同接口、封装与精度配置,适配多样化工业与泛能源系统架构  可穿戴与医疗领域  NST112x:最高可实现 ±0.1 ℃ 测量精度,兼顾精度、功耗与封装尺寸,适用于人体测温及可穿戴设备  NST1001 / NST1002:面向医疗及消费级高精度测温场景的小型化解决方案  在产品能力层面,纳芯微基于 PN 结测温原理的 CMOS 温度传感器,在接口形式、封装选择及精度配置方面提供灵活组合,便于客户在不同系统架构与应用场景中快速集成,满足从消费级到高可靠应用的多层次需求。  注:该标准为 GB/T 20521.5-2025《半导体器件 第14-5部分:半导体传感器 PN 结半导体温度传感器》,由工业和信息化部(电子)主管、全国半导体器件标准化技术委员会(SAC/TC 78)归口管理,标准已于2025年12月2日正式发布,将于 2026 年 7 月 正式实施。
2026-02-05 17:46 阅读量:504
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