慕展访谈｜AI 数据中心电源变革，纳芯微栅极驱动IC如何应对挑战

导读

4月15日至17日，纳芯微参加2025慕尼黑上海电子展（electronica China），本届展会是纳芯微携收购麦歌恩后磁传感器系列、联合芯弦推出的实时控制MCU NSSine™系列以及丰富的信号链、电源管理、传感器产品系列集体亮相。纳芯微还全面展示了汽车电子、数字电源、工业控制、光伏储能、白电、消费电子等领域的系统级半导体产品解决方案。

在展会现场，主要负责栅极驱动IC产品规划与市场推广工作的纳芯微技术市场刘建栋接受了记者专访。围绕AI数据中心电源和栅极驱动IC，他从行业发展与市场趋势、纳芯微的关键技术与产品方案、如何化解客户痛点、国产替代与生态合作以及纳芯微未来技术路线规划等几个方面与记者进行了深入的交流。

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行业发展与市场趋势

当下，随着人工智能（AI）数据中心的快速部署，算力需求呈现爆发式增长，导致GPU供电功率急剧攀升。在AI数据中心供电架构不断演进的大背景下，纳芯微明确了栅极驱动IC是助推这一变革浪潮的关键角色。

刘建栋表示，总体而言，AI数据中心供电架构正朝着高功率、高效率、高功率密度的方向持续发展。

在一次电源方面，整机柜功率已从传统的千瓦级别逐步迈向兆瓦级别，PSU单机功率更是提升至10kW以上；与此同时，高压直流配电的应用比例也在提升，固态变压器已开始进行部署。

二次电源采用48V中间母线电压，有效降低了Busbar的传输损耗。由于算力卡板上空间寸土寸金，IBC电源模块的开关频率提升到MHz以上，功率密度达到5kW/in³以上。

三次电源则逐渐采用垂直供电方式替代水平供电，以此来降低PDN损耗，并且单级直供方案在未来也极具发展潜力。

他指出，AI数据中心供电架构的这些显著变化，不可避免地催生了新拓扑、新控制策略以及新器件的广泛应用。栅极驱动IC作为电源系统中除主控芯片和功率器件之外最为关键的芯片，已然处于这场变革的核心位置。

“只有紧密跟随技术发展的变化趋势，并深刻理解这些变化对系统应用带来的挑战，挖掘应用痛点并大胆创新，才能够打造出契合市场需求的栅极驱动IC解决方案。”他说。

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关键技术与产品方案

在AI数据中心供电架构不断变化，且呈现高功率、高效率、高功率密度发展态势的当下，纳芯微的栅极驱动芯片以其自主关键创新技术推出了一系列明星产品，备受业界瞩目。

刘建栋首先介绍了纳芯微的高可靠性的隔离驱动技术。以应用最为广泛的双通道隔离驱动芯片来说，纳芯微的新一代产品NSI6602V是在成熟产品基础上进行的迭代升级。相较于老产品，它在GNTI等抗干扰能力上实现了进一步强化，能够从容应对各类电源复杂多变的工作环境。

第二是面向第三代半导体的专用驱动技术。针对SiC领域，纳芯微推出了新一代集成米勒钳位功能的单通道隔离驱动NSI6601ME以及双通道隔离驱动 NSI6602ME。而在E-mode GaN方面，纳芯微相继推出了集成负压关断功能的单通道驱动NSD2012N、700V半桥驱动NSD2622N，以及100V半桥驱动NSD2123。这些产品精准满足了不同第三代半导体器件的驱动需求。

第三是多功能集成技术。以新一代智能驱动 NSI67 系列为例，该系列产品不仅具备过流保护、米勒钳位以及故障上报等功能，还集成了一路隔离采样通道。这一通道可用于温度或电压检测，极大地推动了固态变压器、UPS等电源系统的设计简化，有效提升了系统的整体性能。

第四是满足小尺寸封装驱动芯片的需求。在增强绝缘方面，纳芯微能够提供SSOW密脚宽体封装的隔离驱动产品；对于基本绝缘或功能绝缘需求，纳芯微则可提供最小尺寸为4mm×4mm的双通道隔离驱动，以及最小尺寸为2mm×2mm的半桥驱动产品，充分满足了不同应用场景对小尺寸封装的多样化需求。

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解决方案旨在化解客户痛点

当前，GaN在AI数据中心电源领域所带来的系统收益，已经获得了行业的普遍认可。尽管GaN性能卓越，但实际应用却并非易事，现实是在大功率PSU或IBC模块设计过程中，客户常常遭遇GaN栅极振荡、对寄生参数敏感等棘手问题，这使得许多客户对GaN虽心向往之，却只能望而却步。针对此问题，业内友商以及纳芯微都有哪些有效的解决方案呢？

刘建栋回应道：“为了降低GaN的使用门槛，国内外头部GaN厂商近年来推出了一些集成驱动IC的GaN功率芯片，特别是MOSFET-LIKE类型的GaN功率芯片，由于可以和MOSFET实现封装兼容，加快了GaN在中大功率电源应用的普及。然而，有很多客户存在对差异化设计的需求，特别是在多管并联、双向开关等应用场景中，仍需要分立GaN 器件及相应的驱动IC 。纳芯微于2021年便开始进行GaN驱动技术的布局，并在国内率先推出了GaN高压半桥驱动产品，截至目前已积累了丰富的GaN驱动产品组合。”

那么，纳芯微针对GaN驱动究竟进行了哪些关键优化呢？比如，如何降低GaN容易误导通等应用风险？在驱动特性方面，驱动芯片又如何完美匹配GaN的高频特性呢？

他说：“纳芯微的GaN驱动芯片从定义之初，便紧密围绕客户需求与应用痛点展开，每一项功能或参数背后，都渗透着我们对GaN在电源应用的深刻理解。”

第一是要先解决怎么把GaN用起来的问题，鉴于E-mode GaN的导通阈值相对较低在1V左右，在高压、大功率，尤其是硬开关场景下，以PSU为例，在高 dv/dt开关时极易因米勒效应引发GaN误动作。针对这一问题，纳芯微的高压半桥驱动NSD2622N 集成了电荷泵电路能够在内部生成负压，从而实现GaN的负压关断降低误导通风险。NSD2622N 的电荷泵电路在电源启机、突发模式、负载跳变等各种工况下，都能维持负压稳定，提高了系统的鲁棒性。对于中低压场景，由于dv/dt相对低一些且GaN死区损耗占比较大，此时，纳芯微的100V半桥驱动NSD2123通过内部集成米勒钳位功能，将GaN栅极强下拉，也能有效降低误导通的风险。此外，纳芯微在设计GaN驱动IC的引脚位置时，充分考量了实际布局的需求并进行了优化，同时采用低寄生电感的封装形式，从而将栅极回路电感的影响降至最低。

第二是要解决怎么把GaN用好的问题，为了充分发挥GaN的高频、高速开关特性，驱动芯片需要具备更高的CMTI水平。高压半桥驱动NSD2622N的CMTI达到了200V/ns，100V半桥驱动NSD2123也达到了100V/ns，二者均处于目前业界的顶尖水平。

刘建栋接着说，考虑到IBC模块的开关频率已运行在1MHz以上的高频状态，NSD2123的高低边输出传输延时的Mismatch仅为1ns，这使得客户能够设置极小的死区时间，进而降低死区损耗。并且，一般认为GaN的开关速度主要取决于驱动芯片的峰值驱动电流和上升下降时间，然而由于GaN驱动电压较低特别是低压GaN仅有5V，在大负载时实际上驱动电流会受到驱动芯片内部上拉电阻的限制，而无法达到数据手册标称的峰值电流。对此NSD2123针对大功率IBC模块等应用优化了内部上拉电阻，从而有利于提高GaN开关速度，降低开关损耗。

第三是解决怎么让GaN易用的问题，避免因为使用GaN而增加了系统设计复杂度。在以往的PSU设计中，如果驱动Si器件，经常会采用自举供电的方式以简化系统辅助电源设计。然而由于GaN需要负压关断，如果用普通的驱动IC往往通过隔离供电来产生所需的正负电源轨。这就意味着每一路半桥的高边驱动都需要一路独立的隔离供电，这使得隔离辅助电源的设计变得极为复杂。

而NSD2622N内部集成了负压功能，并且支持自举供电方式，这一特性能够极大地帮助客户简化电源轨设计。以3kW PSU为例，若TTP PFC和全桥LLC原边均依靠隔离电源为驱动芯片提供正负电源轨，那么将需要5路隔离供电；若采用NSD2622N的自举供电方式，隔离供电数量可减少到2路。对于更大功率的 PSU，往往需要多相交错并联，采用NSD2622N的自举供电方式，在简化隔离辅助电源设计方面所带来的收益将更为显著。

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国产替代与生态合作

在GaN功率器件领域，已呈现出国内厂商（如英诺赛科）与国际品牌（如英飞凌、罗姆）同台竞争又相互补充的局面。在此背景下，纳芯微的驱动IC是否能够适配多个品牌的GaN产品呢？另外，在构建“国产GaN功率生态链”的进程中，纳芯微又是怎样与上下游企业实现协同发展的呢？

刘建栋答道，纳芯微开发的GaN驱动芯片，具备强大的兼容性，能够适配不同品牌、不同类型（例如电压型和电流型）以及不同耐压等级的GaN器件。举例来说，高压半桥驱动NSD2622N的输出电压经过内置稳压器调节，通过反馈电阻可以设定5V~6.5V的驱动电压。这样一来，在搭配不同品牌的GaN时，仅仅通过调节反馈电阻就可以根据GaN特性设定最合适的驱动电压，使不同品牌的GaN都能工作在最优效率点。

他补充说，与其他功率器件不同，GaN应用非常依赖整体生态的构建，客户往往希望供应商可以提供整体解决方案而不仅仅是单一的GaN器件或者驱动芯片。纳芯微从客户实际需求出发，与国内头部GaN厂商展开深度合作，共同打造全国产化的“驱动芯片 + GaN器件”参考设计方案，并以此为依托，逐步搭建起一个国产GaN应用生态协同体系，促进了产业链各环节的紧密协作与共同发展。

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未来技术路线图

伴随AI算力需求的持续井喷，纳芯微的栅极驱动芯片在接下来有怎样的规划，又将在哪些方面重点发力呢？

刘建栋表示，其一，纳芯微将以现有的栅极驱动IC产品组合为基石，推动其与公司旗下的其他品类芯片，如采样芯片、电源芯片、接口芯片等产品协同并进。通过这种方式，为客户呈上涵盖AI数据中心电源全链路的系统级、一站式解决方案。这不仅能够极大地丰富客户可选择的方案范围，还能有效降低客户在供应链管理方面的成本。

其二，从长远视角来看，AI 数据中心电源对于高效率和高功率密度的追求不会止步。纳芯微将紧紧追随客户需求的动态变化，深度探索新技术与新方案。“举例来说，我们计划开发适用于特定拓扑结构的专用驱动芯片、具备更高效率的同步整流功率芯片，以及合封GaN功率芯片等一系列创新型产品，为客户提供更多的选择。”

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采访后记

对于数据中心电源客户而言，想要玩转三代半，不妨试用一下纳芯微的明星驱动IC解决方案。其中，NSI6602V是纳芯微第二代高可靠性的隔离式双通道栅极驱动器IC, 增强了抗干扰能力和驱动能力，且功耗更低，同时提高了输入侧的耐压能力。可以驱动高达2MHz开关频率的功率晶体管，其每个通道输出具备25ns传播延迟和5ns的最大延迟匹配，以及100V/ns的最小共模瞬变抗扰度（CMTI）提高系统鲁棒性。

而NSD2622N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，高边驱动可以支持-700V到+700V的共模电压，200V/ns的SW电压变化斜率，同时具有低传输延时和低通道间延时的特性，两通道均能提供2A/-4A的驱动能力。高低边的驱动输出级都内部集成专门的电压调节器，可以生成5V~6.5V可调的稳定正压，以及-2.5V的固定负压，并支持自举供电。同时集成一颗5V固定输出的LDO，可以为数字隔离器等电路供电，用于需要隔离的场景。