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5月26日，2023滨江国际人才节开幕式暨HI TECH全球青年创业大赛颁奖典礼在杭州高新区（滨江）盛大开幕。人社部留学人员和专家服务中心党委委员、三级职员蔡启明，省市领导、区委书记章书记等领导与会并致辞。区委书记、区委人才工作领导小组组长章登峰强调，要深入学习贯彻习近平总书记关于人才工作的重要论述精神，“人才是最宝贵的资源，只要用好人才，充分发挥创新优势，我们国家的发展事业就大有希望，中华民族伟大复兴就指日可待。”始终沿着习近平总书记指引的方向坚定前行，以建设天堂硅谷，打造硅谷天堂为战略定位，以奋力迈向世界领先科技园区为目标愿景，努力把高新区（滨江）打造成 “全球人才蓄水池”，为建设世界领先科技园区积蓄澎湃动能。

元芯半导体（Primechip Semiconductor）的「高性能高可靠性第三代半导体氮化镓功率芯片及电动汽车、快充和大数据中心应用的高效率氮化镓系统解决方案」，作为新落地的「5050计划」人才项目，受邀参加此次开幕式的项目签约仪式，与杭州高新区（滨江）进行了现场项目签约。

关于滨江国际人才节

早在2010年，高新区（滨江）就推出“5050计划”，是浙江最早一批面向海外高层次人才推出创新创业政策的地区之一；从2018年起，在每年5月设置专属人才节日，更为全省首创。高新区（滨江）连续13年实施“5050计划”，用“只有升级版、没有终结版”的硬核政策，支持海内外人才来滨江创伟业、开新篇，每年投入人才专项资金超10亿元，走出了一条“人才带技术、技术变项目、项目融资金、实现产业化”的创新发展路径，“5050计划”已成为享誉全市全省的金字招牌。

关于元芯半导体

杭州元芯半导体科技有限公司成立于杭州滨江高新区海创园基地，公司以第三代半导体器件和系统为核心，致力于打造未来在电动汽车、数据中心、光伏储能、高端消费电子、5G/6G 通讯等领域的整体解决方案，推动低能耗高性能高可靠性功率电子技术的发展以满足节能减碳的迫切需求。元芯的使命是通过不断的核心芯片技术创新，帮助我们的客户解决最困难的技术痛点问题，进而帮助客户建立终端产品的技术优势。

元芯核心团队成员曾在美国硅谷顶尖半导体公司担任技术部门高级管理职务，领导汽车和工业产品的研发，在美国硅谷和世界顶尖半导体公司平均拥有超过15年的芯片设计和产品研发和管理经验，并成功实现总共100多款高性能电源和模拟芯片的大规模量产。元芯核心团队成员工业界背景涵盖美国硅谷亚德诺半导体（ADI）、凌特电子（Linear Technology）、德州仪器（TI）、美信（Maxim Integrated）、谷歌公司 (Google)等世界顶尖芯片公司和高科技巨头。核心团队成员均具备电气或电子工程专业博士和硕士学位，毕业于美国加州大学、德克萨斯州立大学、弗吉尼亚理工、交通大学和浙江大学等世界知名学府。元芯掌握多项芯片设计领域和系统开发领域的核心技术，并拥有丰富的产品开发和团队管理经验。目前，元芯半导体已入选杭州市高新区海外高层次人才“5050计划”。

图 1 汽车应用中典型的基于 GaN 的 DC-DC 转换器

首先，在图 1 所示的降压转换中，由于 GaN 晶体管 ML 中没有体二极管，在下管续流反向导通时会产生接近3V的反向压降。这使得开关节点电压VSW在下降沿和上升沿间隔期间（死区时间）降低到-3V的电压值，这远远低于硅器件的-0.7V（体二极管钳位）。例如，在 VSW 下降沿期间，下管ML 反向导通以续流电感电流，从而 VSW 变为 -3V。当栅极驱动器电源电压 VDRV 恒定的情况下，考虑到-3V的VSW电压影响，自举电容器 CBST 会发生破坏性过充电。当使用 5V VDRV，VSW 降至 -3V，使得自举电容过充至8V，从而超过了氮化镓开关栅极 VGS 最大额定值（6V），导致氮化镓开关器件发生栅极击穿。

其次，固定死区时间控制常用于防止 GaN 功率开关中出现灾难性的直通电流。然而，由于 VSW 的下降沿斜率与负载电流成反比，传统的固定死区控制存在一些问题。 在下管ML进入续流状态前，CSW 存储的电荷通过电感电流快速放电使得 VSW 下降。在固定死区时间tdead 情况下，VSW 可能在 tdead 结束之前过早下降到 0V，从而下管 ML 进入反向传导产生极高的反向传导损耗。相反，在小电感电流情况下，CSW 的电荷以较低速率放电，导致VSW下降斜率缓慢，在tdead结束前，VSW并未下降到0V，从而产生过多的开关损耗。因此，固定死区时间控制容易导致较高的反向传导损耗或开关损耗。在高达MHz的开关频率下，固定死区时间控制导致的功率损耗会变得非常高。

功率效率和热挑战
随着功率等级的不断提高，氮化镓DC-DC 变换器面临越来越严重的散热问题。图 2 显示了典型的基于 GaN 的 DC-DC 变换器的热分布图，该变换器将 48V 的电压转换为 12V，采用了300KHz 开关频率的降压拓扑。然而，由于高达 360W 的系统功率和较高功率损耗比例，GaN FET 的峰值温度接近 100 ℃。此外，GaN晶体管的小型化和晶圆级封装（WLCSP）使散热更具挑战性，因此需要更高效的功率转换器来降低系统功率损耗。

图 2. 典型的基于 GaN 的 DC-DC 变换器的热分布图

DC-DC变换器的功率损耗主要包括三类：导通损耗、开关损耗和栅极驱动损耗。为了降低 GaN 功率开关中的导通损耗，需要最大化栅极驱动电压以有效降低导通电阻。通常，驱动电压 VDRV 可以通过线性稳压器从高压总线降压产生，或者通过受控开关直接从低压输出侧产生。然而，第一种方法中由于VDRV 是从高电压电压通过线性调压产生，而第二种方法中当输出电压很低时，会导致 GaN 功率开关的导通电阻急剧增加，这两种情况都会降低系统效率。由于 GaN 器件中的栅极面积比Si器件小得多，因此每个开关周期中的栅极电荷损耗和开关损耗也低得多。不过随着开关频率被推高，开关损耗在三类损耗中开始占主导地位，尤其是在轻负载条件下。

EMI 挑战
电磁干扰 (EMI) 噪声是GaN进入汽车应用之前必须要解决的主要挑战。首先，GaN DC-DC 变换器中的固定栅极驱动会产生极高 di/dt 和 dv/dt ，以及固定的开关频率，这产生了系统的EMI 问题。在图 3所示的基于 GaN 的 DC-DC 转换器中，固定栅极驱动会导致上管MH导通电流和开关节点电压 (VSW)的高速率变换，会在系统中产生不必要的噪音并引发故障，产生汽车安全性问题。通常做法是在输入总线处采用体积较大的输入滤波器来降低总线上的 EMI 噪声，但它会显着增加系统体积和成本。

图 3基于 GaN 的固定频率 DC-DC 转换器的 EMI 挑战

另一方面，在固定 开关频率 控制的情况下，当 开关频率 在 GaN 功率转换器中上升到几十兆赫兹时，如图 3所示的基频 (开关频率) 及其谐波频率处的杂散开关噪声不再能被无源EMI 滤波器有效处理。交错并联技术和跳频技术有利于减少杂散谐波。然而，涉及多个电感器和复杂的时钟控制。由于跳频中的离散和可预测频率，在汽车标准的 EMI 噪声限制下，杂散噪声无法完全抑制。因此，对于高 开关频率 汽车用 GaN DC-DC 转换器迫切需要有效的 EMI 抑制技术。

高频开关挑战

图 4基于 GaN 的 DC-DC 转换器中的高频开关挑战

为了在高达几十兆赫兹的高开关频率下工作，传统的 GaN 栅极驱动器会出现一些问题。图4描述了由于芯片、封装或者PCB板级的寄生，导致GND信号的噪声和跳变。同时氮化镓的开关节点VSW的dv/dt通常可以达到100V/ns以上。在传统的 GaN 栅极驱动器中，传统的电平转换器由于其共模抑制能力弱，或者驱动传输延迟不对称，这会造成驱动信号的错误导致系统的安全性问题。元芯半导体所提供的氮化镓系统解决方案可以解决氮化镓驱动和控制的问题，结合核心专利技术，实现氮化镓系统的高性能，高稳定性和高可靠性。（元芯半导体版权，请勿非法转载）