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慕展訪談｜AI 數據中心電源變革，納芯微柵極驅動IC如何應對挑戰？
導讀
4月15日至17日，納芯微參加2025慕尼黑上海電子展（electronica China），本屆展會是納芯微攜收購麥歌恩后磁傳感器系列、聯合芯弦推出的實時控制MCU NSSine?系列以及豐富的信號鏈、電源管理、傳感器產品系列集體亮相。納芯微還全面展示了汽車電子、數字電源、工業控制、光伏儲能、白電、消費電子等領域的系統級半導體產品解決方案。
在展會現場，主要負責柵極驅動IC產品規劃與市場推廣工作的納芯微技術市場劉建棟接受了記者專訪。圍繞AI數據中心電源和柵極驅動IC，他從行業發展與市場趨勢、納芯微的關鍵技術與產品方案、如何化解客戶痛點、國產替代與生態合作以及納芯微未來技術路線規劃等幾個方面與記者進行了深入的交流。
01
行業發展與市場趨勢
當下，隨著人工智能（AI）數據中心的快速部署，算力需求呈現爆發式增長，導致GPU供電功率急劇攀升。在AI數據中心供電架構不斷演進的大背景下，納芯微明確了柵極驅動IC是助推這一變革浪潮的關鍵角色。
劉建棟表示，總體而言，AI數據中心供電架構正朝著高功率、高效率、高功率密度的方向持續發展。
在一次電源方面，整機柜功率已從傳統的千瓦級別逐步邁向兆瓦級別，PSU單機功率更是提升至10kW以上；與此同時，高壓直流配電的應用比例也在提升，固態變壓器已開始進行部署。
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電源模塊的開關頻率提升到MHz以上，功率密度達到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，以此來降低PDN損耗，并且單級直供方案在未來也極具發展潛力。
他指出，AI數據中心供電架構的這些顯著變化，不可避免地催生了新拓撲、新控制策略以及新器件的廣泛應用。柵極驅動IC作為電源系統中除主控芯片和功率器件之外最為關鍵的芯片，已然處于這場變革的核心位置。
“只有緊密跟隨技術發展的變化趨勢，并深刻理解這些變化對系統應用帶來的挑戰，挖掘應用痛點并大膽創新，才能夠打造出契合市場需求的柵極驅動IC解決方案。”他說。
02
關鍵技術與產品方案
在AI數據中心供電架構不斷變化，且呈現高功率、高效率、高功率密度發展態勢的當下，納芯微的柵極驅動芯片以其自主關鍵創新技術推出了一系列明星產品，備受業界矚目。
劉建棟首先介紹了納芯微的高可靠性的隔離驅動技術。以應用最為廣泛的雙通道隔離驅動芯片來說，納芯微的新一代產品NSI6602V是在成熟產品基礎上進行的迭代升級。相較于老產品，它在GNTI等抗干擾能力上實現了進一步強化，能夠從容應對各類電源復雜多變的工作環境。
第二是面向第三代半導體的專用驅動技術。針對SiC領域，納芯微推出了新一代集成米勒鉗位功能的單通道隔離驅動NSI6601ME以及雙通道隔離驅動 NSI6602ME。而在E-mode GaN方面，納芯微相繼推出了集成負壓關斷功能的單通道驅動NSD2012N、700V半橋驅動NSD2622N，以及100V半橋驅動NSD2123。這些產品精準滿足了不同第三代半導體器件的驅動需求。
第三是多功能集成技術。以新一代智能驅動 NSI67 系列為例，該系列產品不僅具備過流保護、米勒鉗位以及故障上報等功能，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，極大地推動了固態變壓器、UPS等電源系統的設計簡化，有效提升了系統的整體性能。
第四是滿足小尺寸封裝驅動芯片的需求。在增強絕緣方面，納芯微能夠提供SSOW密腳寬體封裝的隔離驅動產品；對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的雙通道隔離驅動，以及最小尺寸為2mm×2mm的半橋驅動產品，充分滿足了不同應用場景對小尺寸封裝的多樣化需求。
03
解決方案旨在化解客戶痛點
當前，GaN在AI數據中心電源領域所帶來的系統收益，已經獲得了行業的普遍認可。盡管GaN性能卓越，但實際應用卻并非易事，現實是在大功率PSU或IBC模塊設計過程中，客戶常常遭遇GaN柵極振蕩、對寄生參數敏感等棘手問題，這使得許多客戶對GaN雖心向往之，卻只能望而卻步。針對此問題，業內友商以及納芯微都有哪些有效的解決方案呢？
劉建棟回應道：“為了降低GaN的使用門檻，國內外頭部GaN廠商近年來推出了一些集成驅動IC的GaN功率芯片，特別是MOSFET-LIKE類型的GaN功率芯片，由于可以和MOSFET實現封裝兼容，加快了GaN在中大功率電源應用的普及。然而，有很多客戶存在對差異化設計的需求，特別是在多管并聯、雙向開關等應用場景中，仍需要分立GaN 器件及相應的驅動IC 。 納芯微于2021年便開始進行GaN驅動技術的布局，并在國內率先推出了GaN高壓半橋驅動產品，截至目前已積累了豐富的GaN驅動產品組合 。”
那么，納芯微針對GaN驅動究竟進行了哪些關鍵優化呢？比如，如何降低GaN容易誤導通等應用風險？在驅動特性方面，驅動芯片又如何完美匹配GaN的高頻特性呢？
他說：“納芯微的GaN驅動芯片從定義之初，便緊密圍繞客戶需求與應用痛點展開，每一項功能或參數背后，都滲透著我們對GaN在電源應用的深刻理解。”
第一是要先解決怎么把GaN用起來的問題，鑒于E-mode GaN的導通閾值相對較低在1V左右，在高壓、大功率，尤其是硬開關場景下，以PSU為例，在高 dv/dt開關時極易因米勒效應引發GaN誤動作。針對這一問題，納芯微的高壓半橋驅動NSD2622N 集成了電荷泵電路能夠在內部生成負壓，從而實現GaN的負壓關斷降低誤導通風險。NSD2622N 的電荷泵電路在電源啟機、突發模式、負載跳變等各種工況下，都能維持負壓穩定，提高了系統的魯棒性。對于中低壓場景，由于dv/dt相對低一些且GaN死區損耗占比較大，此時，納芯微的100V半橋驅動NSD2123通過內部集成米勒鉗位功能，將GaN柵極強下拉，也能有效降低誤導通的風險。此外，納芯微在設計GaN驅動IC的引腳位置時，充分考量了實際布局的需求并進行了優化，同時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用好的問題，為了充分發揮GaN的高頻、高速開關特性，驅動芯片需要具備更高的CMTI水平。高壓半橋驅動NSD2622N的CMTI達到了200V/ns，100V半橋驅動NSD2123也達到了100V/ns，二者均處于目前業界的頂尖水平。
劉建棟接著說，考慮到IBC模塊的開關頻率已運行在1MHz以上的高頻狀態，NSD2123的高低邊輸出傳輸延時的Mismatch僅為1ns，這使得客戶能夠設置極小的死區時間，進而降低死區損耗。并且，一般認為GaN的開關速度主要取決于驅動芯片的峰值驅動電流和上升下降時間，然而由于GaN驅動電壓較低特別是低壓GaN僅有5V，在大負載時實際上驅動電流會受到驅動芯片內部上拉電阻的限制，而無法達到數據手冊標稱的峰值電流。對此NSD2123針對大功率IBC模塊等應用優化了內部上拉電阻，從而有利于提高GaN開關速度，降低開關損耗。
第三是解決怎么讓GaN易用的問題，避免因為使用GaN而增加了系統設計復雜度。在以往的PSU設計中，如果驅動Si器件，經常會采用自舉供電的方式以簡化系統輔助電源設計。然而由于GaN需要負壓關斷，如果用普通的驅動IC往往通過隔離供電來產生所需的正負電源軌。這就意味著每一路半橋的高邊驅動都需要一路獨立的隔離供電，這使得隔離輔助電源的設計變得極為復雜。
而NSD2622N內部集成了負壓功能，并且支持自舉供電方式，這一特性能夠極大地幫助客戶簡化電源軌設計。以3kW PSU為例，若TTP PFC和全橋LLC原邊均依靠隔離電源為驅動芯片提供正負電源軌，那么將需要5路隔離供電；若采用NSD2622N的自舉供電方式，隔離供電數量可減少到2路。對于更大功率的 PSU，往往需要多相交錯并聯，采用NSD2622N的自舉供電方式，在簡化隔離輔助電源設計方面所帶來的收益將更為顯著。
04
國產替代與生態合作
在GaN功率器件領域，已呈現出國內廠商（如英諾賽科）與國際品牌（如英飛凌、羅姆）同臺競爭又相互補充的局面。在此背景下，納芯微的驅動IC是否能夠適配多個品牌的GaN產品呢？另外，在構建“國產GaN功率生態鏈”的進程中，納芯微又是怎樣與上下游企業實現協同發展的呢？
劉建棟答道，納芯微開發的GaN驅動芯片，具備強大的兼容性，能夠適配不同品牌、不同類型（例如電壓型和電流型）以及不同耐壓等級的GaN器件。舉例來說，高壓半橋驅動NSD2622N的輸出電壓經過內置穩壓器調節，通過反饋電阻可以設定5V~6.5V的驅動電壓。這樣一來，在搭配不同品牌的GaN時，僅僅通過調節反饋電阻就可以根據GaN特性設定最合適的驅動電壓，使不同品牌的GaN都能工作在最優效率點。
他補充說，與其他功率器件不同，GaN應用非常依賴整體生態的構建，客戶往往希望供應商可以提供整體解決方案而不僅僅是單一的GaN器件或者驅動芯片。納芯微從客戶實際需求出發，與國內頭部GaN廠商展開深度合作，共同打造全國產化的“驅動芯片 + GaN器件”參考設計方案，并以此為依托，逐步搭建起一個國產GaN應用生態協同體系，促進了產業鏈各環節的緊密協作與共同發展。
全國產化驅動芯片+GaN參考設計
05
未來技術路線圖
伴隨AI算力需求的持續井噴，納芯微的柵極驅動芯片在接下來有怎樣的規劃，又將在哪些方面重點發力呢？
劉建棟表示，其一，納芯微將以現有的柵極驅動IC產品組合為基石，推動其與公司旗下的其他品類芯片，如采樣芯片、電源芯片、接口芯片等產品協同并進。通過這種方式，為客戶呈上涵蓋AI數據中心電源全鏈路的系統級、一站式解決方案。這不僅能夠極大地豐富客戶可選擇的方案范圍，還能有效降低客戶在供應鏈管理方面的成本。
其二，從長遠視角來看，AI 數據中心電源對于高效率和高功率密度的追求不會止步。納芯微將緊緊追隨客戶需求的動態變化，深度探索新技術與新方案。“舉例來說，我們計劃開發適用于特定拓撲結構的專用驅動芯片、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新型產品，為客戶提供更多的選擇。”
06
采訪后記
對于數據中心電源客戶而言，想要玩轉三代半，不妨試用一下納芯微的明星驅動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動器IC, 增強了抗干擾能力和驅動能力，且功耗更低，同時提高了輸入側的耐壓能力。可以驅動高達2MHz開關頻率的功率晶體管，其每個通道輸出具備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）提高系統魯棒性。
而NSD2622N是專為E-mode GaN設計的高壓半橋驅動芯片，該芯片采用了納芯微的成熟電容隔離技術，高邊驅動可以支持-700V到+700V的共模電壓，200V/ns的SW電壓變化斜率，同時具有低傳輸延時和低通道間延時的特性，兩通道均能提供2A/-4A的驅動能力。高低邊的驅動輸出級都內部集成專門的電壓調節器，可以生成5V~6.5V可調的穩定正壓，以及-2.5V的固定負壓，并支持自舉供電。同時集成一顆5V固定輸出的LDO，可以為數字隔離器等電路供電，用于需要隔離的場景。
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