一、氮化鎵快充市場規模

也正是得益於這些性能優勢,氮化鎵在消費類快充電源市場中有著廣泛的應用。充電頭網統計數據顯示,目前已有數十傢主流電源廠商開辟瞭氮化鎵快充產品線,推出的氮化鎵快充新品多達數百款。

華為、小米、OPPO、魅族、三星、中興、努比亞、魅族、Realme、戴爾、聯想等多傢知名手機/筆電品牌也先後入局。

另有數據顯示,在以電商客戶為主的充電器市場,2019年氮化鎵功率器件出貨量約為300萬-400萬顆,隨著手機以及筆記本電腦滲透率進一步提升,2020年將實現5-6倍增長,總體出貨1500-2000萬顆,2021年GaN器件的出貨量有望達到5000萬顆。預計2025年全球GaN快充市場規模將達到600多億元,市場前景異常可觀。

二、氮化鎵快充的主要芯片

據瞭解,在氮化鎵快充產品的設計中,主要需要用到三顆核心芯片,分別氮化鎵控制器、氮化鎵功率器件以及快充協議控制器。目前氮化鎵功率器件以及快充協議芯片均已陸續實現瞭國產化;而相比之下,氮化鎵控制芯片的研發就成瞭國產半導體廠商的薄弱的環節,氮化鎵控制器主要依賴進口,主動權也一直掌握在進口品牌手中。

這主要是因為GaN功率器件驅動電壓范圍很窄,VGS對負壓敏感,器件開啟電壓閾值(VGS-th)低1V~2V左右,極易受幹擾而誤開啟。所以相較傳統矽器件而言,驅動氮化鎵的驅動器和控制器需要解決更多的技術難題。

此外,目前市面上除瞭少數內置驅動電路的GaN功率器件對外部驅動器要求較低之外,其他大多數GaN功率器件均需要借助外部驅動電路。

沒有內置驅動電路而又要保證氮化鎵器件可靠的工作並發揮出它的優異性能,除瞭需要對驅動電路的高速性能和驅動功耗做重點優化,還必須讓驅動器精準穩定的輸出驅動電壓,保障器件正確關閉與開啟,同時需要嚴格控制主回路上因開關產生的負壓對GaN器件的影響。

三、全套國產芯片氮化鎵快充問世

東莞市瑞亨電子科技有限公司近日成功量產瞭一款65W氮化鎵快充充電器,除瞭1A1C雙口以及折疊插腳等常規的配置外,這也是業界首款基於國產氮化鎵控制芯片、國產氮化鎵功率器件、以及國產快充協議芯片開發並正式量產的產品。三大核心芯片分別來自南芯半導體、英諾賽科和智融科技。

充電頭網進一步瞭解到,瑞亨65W 1A1C氮化鎵快充充電器內置的三顆核心芯片分別為南芯的主控芯片SC3021A、英諾賽科氮化鎵功率器件INN650D02,以及智融二次降壓+協議識別芯片SW3516H。

該充電器支持100-240V~ 50/60Hz輸入和雙口快充輸出,配備最大輸出65W的USB-C接口,以及最大30W輸出的USB-A接口。

瑞亨65W 1A1C氮化鎵快充整機尺寸約為53*53*28mm,功率密度可達0.83W/mm³,與蘋果61W充電器修昂相比,體積約縮小瞭三分之一。

ChargerLAB POWER-Z KT001測得該充電器的USB-A口支持Apple2.4A、Samsung5V2A、QC3.0、QC2.0、AFC、FCP、SCP、PE等協議。

USB-C口支持Apple2.4A、Samsung5V2A、QC3.0、QC2.0、AFC、SCP、PE、PD3.0 PPS等協議。

PDO報文顯示充電器的USB-C口支持5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A、3.3-11V 5A。

四、氮化鎵快充三大核心芯片自主可控

南芯總部位於上海。南芯SC3021A滿足各類高頻QR快充需求,采用專有的GaN直驅設計,省去外置驅動器或者分立驅動器件;集成分段式供電模式,單繞組供電,無需復雜的供電電路;內置高壓啟動及交流輸入Brown In/Out功能,集成瞭X-cap放電功能;SC3021A最高支持170KHz工作頻率,適用於繞線式變壓器,SC3021B最高支持260KHz工作頻率,適用於平面變壓器。

南芯SC3021A詳細規格資料

初級側氮化鎵開關管來自英諾賽科,型號INN650D02 ,耐壓650V,導阻低至0.2Ω,符合JEDEC標準的工業應用要求,這是整個產品的核心元器件。

INN650D02 “InnoGaN”開關管高頻特性好,且導通電阻小,適合高頻高效的開關電源應用,采用DFN8*8封裝,具備超低熱阻,散熱性能好,適合高功率密度的開關電源應用。

英諾賽科總部在珠海,在珠海、蘇州均有生產基地。據瞭解,INN650D02 “InnoGaN”開關管基於業界領先的8英寸生產加工工藝,是目前市面上最先量產的先進制程氮化鎵功率器件,這項技術的大規模商用將推動氮化鎵快充的快速普及。

目前,英諾賽科已經在蘇州建成瞭全球最大的集研發、設計、外延生產、芯片制造、測試等於一體的第三代半導體全產業鏈研發生產平臺,滿產後將實現月產8英寸矽基氮化鎵晶圓65000片,產品將為5G移動通信、數據中心、新能源汽車、無人駕駛、手機快充等戰略新興產業的自主創新發展提供核心電子元器件。

英諾賽科InnoGaN系列氮化鎵芯片已經開始在消費類電源市場大批量出貨,成功進入瞭努比亞、魅族、Lapo、MOMAX、ROCK、飛頻等眾多知名品牌快充供應鏈,並且均得到良好的市場反饋,成為全球GaN功率器件出貨量最大的企業之一。

智融總部位於珠海。智融SW3516H是一款高集成度的多快充協議雙口充電芯片,支持A+C口任意口快充輸出,支持雙口獨立限流。

其集成瞭 5A 高效率同步降壓變換器,支持 PPS、PD、QC、AFC、FCP、SCP、PE、SFCP、低壓直充等多種快充協議,CC/CV 模式,以及雙口管理邏輯。

外圍隻需少量的器件,即可組成完整的高性能多快充協議雙口充電解決方案。

智融SW3516H詳細規格資料

五、行業意義

在快充電源的更新迭代中,氮化鎵功率器件憑借其高頻低阻、高導熱、耐高溫等特性,越來越被行業關註,並逐漸成為瞭消費類電源市場的全新發展方向。

氮化鎵快充三大核心芯片全面國產,一方面是在當前中美貿易摩擦的大背景下,避免關鍵技術被掐脖子;另一方面,國產半導體廠商可以充分發揮本土企業的優勢,進一步降低氮化鎵快充的成本,並推動高密度快充電源的普及。在未來的市場爭奪戰中,全國產的氮化鎵快充方案也將成為頗具實力的選手。

相信在不久之後,氮化鎵快充產品的價格將會逐漸平民化,以普通矽充電器的價格購買到全新氮化鎵快充的願景也將成為可能。

Source: m.cnbeta.com