从隔离到三代半：一文看懂纳芯微的栅极驱动IC

无论是MOSFET、IGBT，还是SiC MOSFET、GaN HEMT，每个功率器件都需要相应的栅极驱动芯片（Gate Driver IC）。一款合适的驱动芯片，可以简化你系统设计复杂度，节省研发时间。但不合适的驱动芯片，可能会让你走弯路。那么，该如何选择一款合适的栅极驱动芯片？我们专门请纳芯微技术市场经理庞家华进行了解读，庞家华深耕栅极驱动芯片多年，具有广泛的技术及行业经验。

不容忽视的四项指标

纳芯微技术市场经理庞家华深耕栅极驱动芯片多年，在他看来，纳芯微最大优势便是长期与客户保持沟通，拥有大量反馈经验，并且善于结合客户系统的应用对驱动进行优化设计。他认为，在实际选型中，工程师和客户对栅极驱动四项指标尤为关注。

第一，驱动电流大小。对于栅极驱动来说，驱动电流大小都是首要关注的指标，它决定了栅极驱动的驱动能力，结合外部驱动电阻，综合决定了功率器件管子的开关时间和开关损耗，直接影响系统的效率和EMI水平。

第二，电源耐压值和欠压保护的欠压点。对于不同的功率器件，驱动电压有所不同，尤其对第三代半导体，系统噪声和电源波动会更大，有些系统会有很高的过压尖峰。这需要栅极驱动有更高的耐压能力，覆盖更多应用场景，降低EOS 风险。同时，对于不同的功率器件，欠压点也不同，在电源欠压时，如果驱动IC欠压点过低，导致功率器件不能正确关断，会使其发热产生故障。

第三， 抗干扰能力。CMTI是衡量抗干扰能力其中一个重要指标。尤其是使用第三代半导体器件的系统，开关速度和母线电压都往上走，意味系统的dv/dt更大，栅极驱动需要更强的抗共模干扰能力，也就是更大的CMTI值。

第四，隔离还是非隔离，拓扑类型。隔离驱动会更加关注封装、爬电和耐压能力的要求。拓扑类型有，半桥拓扑、低边拓扑。半桥拓扑会关注是否内部集成自举二极管、上下桥互锁或死区时间可调等参数。

栅极驱动芯片的三种类型

从上面选型参数来看，实际上栅极驱动芯片分类方法可以有很多，当然也有更加体现产品特色的分类方法，纳芯微就将栅极驱动芯片主要分为三类。

第一类为隔离驱动。目前，市场包括光耦隔离、磁耦隔离和容耦隔离三种主流隔离技术，纳芯微隔离驱动产品均基于容耦隔离技术开发。纳芯微在此领域布局很早，是国内首个推出隔离驱动产品的厂商，国内市场份额也做到了第一，并且做到一些国际顶级Tier 1及国外车型内。

隔离驱动对可靠性要求很高，在系统中充当着非常重要的角色，因此客户反馈至关重要。纳芯微隔离驱动出货量很大，所以能够收集到很多客户反馈的信息，纳芯微会根据客户陆陆续续在市场上遇到的问题针对性地优化，这是友商很难相比的优势之一。

以纳芯微出货量很大的NSI6602x系列为例，该产品输入电压范围3V~18V，供电电压最高25V，有4/6/8/13V四款芯片支持不同的UVLO等级，驱动电流高达6A/8A，CMTI为±150kV/μs，有6种封装可选。对比国外同类产品，其供电电压输入范围更宽，驱动电流更大，隔离耐压等级更高，封装类型更多，能够覆盖更多应用场景。

第二类为非隔离驱动。纳芯微基于自己在隔离驱动领域的经验，逐步迈入非隔离驱动领域。纳芯微在这一领域更多考虑如何做出具有特色的产品，弯道超车，同时已经做出一些通用产品，供客户使用。

以纳芯微高可靠性高压半桥驱动NSD1624为例，该产品拥有1200V（SOP14）/700V（SOP8/LGA10）的超高耐压，+4A/-6A的驱动电流，CMTI约100kV/μs，22ns（typ）的超低传播延时。纳芯微创新地将隔离技术方案应用于NSD1624 高压半桥IC中，很好解决了上述问题，即：SW pin负压能力和高dv/dt的痛点。

第三类为第三代半导体驱动。之所以把第三代半导体单门分为一类，是因为SiC和GaN功率器件所需要的驱动与硅基功率器件有一定差异，不仅对驱动或隔离本身参数要求更高，同时需要驱动支持更多功能，比如一对一敏感工况下的保护功能。

纳芯微的碳化硅驱动兼具两方面优势，并与客户一起定义产品；氮化镓驱动目前则与一些头部行业客户或与一些氮化镓公司合作，设计出基于氮化镓的特色产品。

以纳芯微去年推出的一款合封产品NSG65N15K为例，其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，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。

六大核心技术的内核

支撑纳芯微栅极驱动的底层，是6大核心技术，分别为：增强型电容隔离技术、高共模抗干扰的信号调制技术（Adaptive OOK®编码技术）、高压半桥中的隔离和Level Shift技术，全面的保护功能（退饱和保护功能 DESAT、有源米勒钳位功能）、ASIL D功能安全技术及GaN驱动技术。

其中，增强型电容隔离技术和高压半桥中的隔离和Level Shift技术为基础IP技术，属于驱动芯片基本要求。尤其是国内首家拿到VDE认证报告的增强型电容隔离技术，采用双边隔离技术，是纳芯微最早开发的IP，应用于所有隔离类产品中。

在基础性IP之上，关键在于如何添加功能安全、碳化硅、氮化镓等新一代半导体材料技术要求。因此，保护功能、ASIL D功能安全技术、GaN驱动技术，则是纳芯微立足栅极驱动领域的核心技术。不止如此，纳芯微还会提供功能安全手册，帮助客户将系统设计达到足够高的功能安全等级，以通过系统级功能安全认证。

藏在容耦内的学问

通过上文，不难发现纳芯微坚定选择了容耦，而在其中藏着许多学问，这要从隔离本身说起。

光隔、容隔、磁隔三种主流技术从原理上就注定了其特性：光耦合器通过空气、环氧树脂或模塑化合物等电介质绝缘材料，将LED光源传输到光晶体管；电容耦合器顾名思义本身就是一个电容器，天然能够阻断直流信号，所以电容隔离基于交流信号传输；磁耦利用变压器原理，电流脉冲通过一个线圈，形成一个很小的局部磁场，通过磁场能量传递将信号隔离传输。

光耦本身存在一定瓶颈，所以处在慢慢淘汰过程中。比如说，光耦对温度很敏感，很难做到超过100度结温；光耦寿命比较短暂；光耦开关速度很难做高，传播延时很大，一致性也不好；CMTI光耦一般只能做到30kV/µs，而磁耦、容耦一般都能做到100 kV/µs以上。这些瓶颈都会导致它在第三代半导体上应用非常吃力，而从应用趋势上看，未来又一定会大力推进第三代半导体。

“所以应用场景比较简单，对可靠性要求不高的客户，还是会沿用光耦，其他情况下则会选择用容耦或者磁耦代替。对于这些客户，他们也在开发新一代平台，需要更高的性能，在新项目上面已经开始使用容耦或者磁耦的驱动芯片。”庞家华分析道。

三代半驱动有何不同

谈到第三代半导体的碳化硅和氮化镓，其最大特点是开关频率提升，功率密度更高，同时体积更小。但任何事物都有两面性，这无疑为驱动带来了更多挑战。

首先开关频率提高会带来比传统材料大3至10倍的干扰，导致驱动芯片需要更强的屏蔽技术和过滤干扰能力；其次，由于体积变小，可能导致更大的寄生电感和电容，增加振荡和干扰；最后，碳化硅和氮化镓开关速度快，但这些材料昂贵，因此需要更多保护功能，在过流或过温时需要及时作出反应，防止损坏。

具体而言，碳化硅驱动多应用在汽车中，需要更多保护功能或是安全功能，还要保证保护功能不会过于敏感，防止误报。同时，碳化硅驱动对CMTI要求也更高，需要砍掉足够大的更高瞬变电压 (dv/dt）。通俗来讲，CMTI就是通过差分电路消除共模干扰，其难点体现在匹配性上。纳芯微的碳化硅驱动不仅拥有很强大的保护功能和安全功能，同时拥有很多CMTI方面专利，包括匹配性差分电路设计、应用场景自适应调节等，所以纳芯微碳化硅驱动的CMTI会比国际厂商的同类产品更好。

氮化镓驱动按照应用场景差异，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。纳芯微针对不同类型氮化镓应用场景，推出一系列驱动IC解决方案，助力于充分发挥氮化镓器件的性能优势，包括耗尽型（Depletion MODE， D-mode）和增强型（Enhancement mode， E-mode）的GaN HEMT。

贴近客户，造就产品

事实上，纳芯微相关驱动芯片的参数在很多方面比国外产品还好。比如，失效率（PPM）比某些国外产品更低，例如国际厂商一些产品耐压做得不够高，纳芯微在产品设计阶段就有意识地提高了耐压等级，让整个驱动芯片可靠性更高；纳芯微一些隔离驱动CMTI比国际厂商还高；欠压点方面纳芯微也能提供更多的选择，包括4V、6V、8V、12V甚至15V。

之所以造就这样的产品，是常年研发经验和客户应用的结合与碰撞。纳芯微研发人员多数拥有国际大厂经验，拥有丰富的系统测试、芯片单体测试以及量产筛选经验，同时其产品在行业拥有先发优势，占据了相当的市场份额，能够通过频繁的客户交流互动获取更多反馈，因此从产品设计到量产都能更加贴近客户应用场景和实际需求。

“由于纳芯微客户多为电源、汽车、光伏头部企业，这些市场和应用的共同需求是需要一款高可靠性的栅极驱动产品，纳芯微明白客户的应用系统，结合自身的工艺和设计能力，打造高可靠性的产品。同时，纳芯微发货量足够大，覆盖多个市场和应用，收集信息也更多，基于这样的信息拥有自己一套系统和测试方法，尽可能地模拟出客户应用场景最恶劣工况情况，在产品量产前进行改版优化，减低在市场的失效率。”庞家华说道。

一颗完美的芯片，一定会经历不断迭代的过程。怎么用一颗驱动芯片覆盖更多行业是驱动厂商必须考虑的问题。换句话说，驱动芯片要在可靠性足够高前提下，覆盖更多的应用场景，才是最难实现的地方。而目前，纳芯微栅极驱动芯片产品品类齐全，能够覆盖绝大多数汽车、光伏及储能、工业自动化以及电源等应用场景。

汽车和工业，纳芯微的两大市场

迄今为止，纳芯微推出的每一款驱动芯片都在市场上反响很好，特别是在隔离驱动和隔离智能驱动领域。比如NSI6602V系列广泛应用于电源、OBC/DCDC、空压机、PTC等，而NSI6611A/NSI6651A则是电驱动领域的明星产品，以其优异的品质，快速占领市场份额。此外，新一代隔离智能驱动NSI67xx和带功能安全特性的驱动NSI6911系列也即将发布。

汽车对栅极驱动有着明确的要求，如效率、可靠性、安全性等，纳芯微在汽车领域倾注了大量心血，凡是汽车所用的驱动都有所布局，同时也在国内汽车栅极驱动领域占据了第一的市场份额。典型产品包括NSI6602x-Q1，NSI6601x-Q1，NSI6611-Q1，NSI6651-Q1，NSD1026V-Q1，NSD1624-Q1等。

工业方面，目前纳芯微的栅极驱动已经导入国内外光伏、服务器电源和电机领域的头部客户，实现稳定量产。典型产品包括NSI6601，NSI6801E，NSI6801E，NSI6801M，NSI6611，NSI6651，NSI68515等。

目前纳芯微的栅极驱动已经能够覆盖大部分客户应用场景，未来也会不断补齐自己的产品版图，为栅极驱动产品提供更为完善和具有特色的解决方案。