2020年2月13日，小米在其线上发布会中推出了65W的氮化镓GaN充电器，凭借其小巧的体积以及强大的性能迅速成为充电器领域的热门产品。
而这背后最大的功臣则是基于第三代半导体GaN的集成电路。本次小米的GaN充电器中正是采用了纳微（Navitas）半导体公司的NV6115和NV6117这两款GaN功率芯片。
事实上，目前的GaN充电器产品中，除了小米之外，华硕、Belkin、Verizon、Aukey等企业也均采用了纳微公司的GaN功率芯片，纳微半导体这家2014年才成立的新兴企业已成为了GaN充电器领域的最大赢家。那么纳微公司到底是凭借什么技术如此迅速地崛起呢？本文将为您从专利的角度进行解读。
纳微半导体公司是世界上第一家也是唯一的 GaN 功率IC 公司，于 2014 年在美国加利福尼亚州 El Segundo 成立。其在成立的当年便开始了持续的专利申请。
目前，纳微在全球共计布局有98件专利，主要分布如下图所示，从图中可以看到，除了在美国本土申请最多之外，其次就是在中国台湾以及中国申请的专利数量最多，这与纳微产品的目标市场是密不可分的。
法律状态方面，纳微目前申请的98件专利中已有68件授权，在实审中的有23件，另外7件已失效，这7件失效专利均是世界知识产权组织WO的专利，由于PCT期限已满而失效。因此，纳微目前还并未有被驳回的专利，可见其整体的专利质量较高。
技术方面，结合纳微专利的主题、摘要以及权利要求书的内容，这98件专利主要涉及的技术方向可以分为如下图所示几个方向。
主要包括63件GaN驱动电路、12件功率变换器、11件GaN晶体管结构、7件无线电力传输、4件芯片封装以及1件数字电路，由此可见，纳微布局专利的重点是在GaN驱动电路方面，这也与纳微主推诸如NV6115、NV6117这类的GaN驱动芯片是相符合的。
同时，图中还展示了63件GaN驱动电路相关的专利中所进一步涉及的技术内容，分别是半桥结构、单管驱动结构、电平移位电路、分布式栅极、充电电路以及过压保护电路。接下来我们来进一步看看以上纳微所重点布局的GaN驱动电路相关专利的具体内容。
首先需要指出的是，上述GaN驱动电路在纳微的专利中更准确的表达实际上应该是集成有功率晶体管的驱动电路，这与其产品也是一致的，这种集成方式可使得电路体积缩小、减小传输损耗。
从上面的技术饼图中可以看到，在GaN驱动电路中占比最多的是半桥结构的专利，共26件，这些专利中均在其独立权利要求中明确地限定了采用半桥结构。
专利中的电路如下图所示，其中高低两侧的功率晶体管以及驱动器均集成在GaN衬底上，并封装在一块芯片内中，这也与纳微半桥结构的芯片NV6252等是一致的。
在半桥结构的已授权专利中，具有代表性的是US10277048B2这一篇，其最早优先权日为2014年9月16日，申请日为2017年12月11日，共包括3个独立权利要求，15个从属权利要求，其中范围较大的独立权利要求1及其中文参考翻译如下：
1. A half-bridge circuit comprising:a low side circuit disposed on a first semiconductor die, and including a GaN-based low side switch and a GaN-based level shift circuit; anda high side circuit disposed on a second semiconductor die, and including a GaN-based high side switch that is coupled to and controlled by the GaN-based level shift circuit.
1.一种半桥电路，包括：低侧电路，其布置在第一半导体管芯上，并且包括GaN低侧开关和GaN电平移位电路；以及高侧电路，其布置在第二半导体管芯上，并且包括与GaN电平移位电路耦合并由其控制的GaN高侧开关。
从上述权利要求的内容可以看到，该专利已将GaN半桥类芯片的基础框架结构进行了保护，且保护范围较大。
除半桥结构的专利外，纳微围绕上图中①处内部的电平移位电路，布局了10件专利，公开号分别为：US10530169B2、US10135275B2、TWI628780B、TWI626822B、US9722609B2、US9570927B2、US9537338B2、US9401612B2、WO2016044479A1、WO2016044481A1。围绕上图中②处的充电电路，布局了2件专利，公开号分别为：US10333327B2、US9960620B2。
围绕上图中③处的功率晶体管，纳微分别布局了6件具有分布式栅极晶体管的专利，公开号分别为：
TWI682515B、TWI627723B、CN106796930A、US20160056721A1、US20160056817A1、WO2016028967A1；以及2件过压保护电路的专利，公开号分别为：US10355475B2、US20160372920A1。另外，纳微申请的GaN驱动器相关的专利中，有17件根据其独权中限定的内容是可以用于单管驱动结构的专利。而本次小米充电器中所采用的NV6115、NV6117正是只集成有一个功率晶体管的单管驱动芯片。
笔者通过阅读其中已授权专利的独立权利要求，选出了最具代表性的一组专利，公开号分别为CN107005163B，TWI615699B，US9716395B2。它们均属于同一专利族，且独权保护范围相同，因此下面仅对CN107005163B这件专利进行介绍。
该专利CN107005163B的最早优先权日为2014年9月16日，申请日为2015年9月16日，其中包括3组独立权利要求，以及28个从属权利要求，独立权利要求1的内容如下所示，另外两组独权的主要特征与其类似。
1.一种电子电路，包括：包括GaN的衬底；功率开关，形成在所述衬底上并包括第一控制栅极和第一源极；以及驱动电路，形成在所述衬底上并包括：多个晶体管，其中所述驱动电路的所有晶体管是相同的导电类型，耦接到所述第一控制栅极的输出，以及电源，具有电源电压并耦接到所述驱动电路，其中所述驱动电路的输出能够被驱动到所述电源电压。
从上述权利要求的内容可以看到，该专利权利要求所限定的特征较少，组成部件上主要包括GaN的衬底、功率开关、具有多个晶体管的驱动电路以及电源，这属于GaN单管驱动类芯片的基本结构框架。
而特征“其中所述驱动电路的输出能够被驱动到所述电源电压”的含义为：驱动电路的最高输出电压可以达到电源电压，这也是属于目前大多数驱动器的基本要求。因此，通过这组专利，纳微已将其单管驱动芯片的产品进行了很好的保护。
以上就是纳微半导体公司所申请专利的简单分析，可以看到，作为目前热门的GaN功率IC公司，纳微不仅拥有一流的核心技术，同时也具备全面的专利布局意识，这两方面都值得国内企业参考与学习。（文章为知识产权全产业链提供商超凡知识产权原创，未经授权不得转载）
