中國粉體網(wǎng)訊 2020年7月15日，OPPO發(fā)布了全球首款無電解電容設(shè)計(jì)氮化鎵快充充電器，實(shí)現(xiàn)了功率密度的新突破，體積僅有餅干大小，引發(fā)了業(yè)內(nèi)人士高度關(guān)注。
一、氮化鎵快充時(shí)代來臨
在此之前，由雷軍代言的小米65W氮化鎵充電器以及羅永浩代言的倍思65W氮化鎵充電器也早已火遍了整個(gè)數(shù)碼圈。
氮化鎵(gallium nitride，GaN)是下一代半導(dǎo)體材料，其運(yùn)行速度比舊式慢速硅(Si)技術(shù)加快了二十倍，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高出三倍的功率，用于尖端快速充電器產(chǎn)品時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有產(chǎn)品的性能，在尺寸相同的情況下，充電速度提高了三倍。
據(jù)充電頭網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前已有25家主流電源廠商開辟了氮化鎵快充產(chǎn)品線，推出的氮化鎵快充新品多達(dá)數(shù)百款。華為、小米、OPPO、魅族、三星、努比亞、魅族、realme、thinkplus等多家知名手機(jī)/筆電品牌先后入局。另一份行業(yè)數(shù)據(jù)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(jī)以及筆記本電腦滲透率進(jìn)一步提升，2020年將實(shí)現(xiàn)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(dá)到5000萬顆。這也就意味著氮化鎵快充時(shí)代的來臨。
二、氮化鎵快充控制芯片設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)
氮化鎵器件因比傳統(tǒng)的硅器件的開關(guān)速度更快、通態(tài)電阻(RDS-on)低、驅(qū)動(dòng)損耗更小，在小型化電源等需要更高頻率的應(yīng)用場合中，相較于傳統(tǒng)硅器件具有無可比擬的高轉(zhuǎn)換效率和低發(fā)熱特性。這也成為了氮化鎵替代傳統(tǒng)硅器件的重要原因，并讓氮化鎵成為未來功率器件的主流發(fā)展方向。
但是作為一種新型半導(dǎo)體材料器件，因?yàn)镚aN功率器件驅(qū)動(dòng)電壓范圍很窄，VGS對(duì)負(fù)壓敏感，器件開啟電壓閾值(VGS-th)低1V~2V左右，極易受干擾而誤開啟。所以相較傳統(tǒng)硅器件而言，驅(qū)動(dòng)氮化鎵的驅(qū)動(dòng)器和控制器需要解決更多的技術(shù)問題。
據(jù)了解，目前市面上除了少數(shù)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路的GaN功率器件對(duì)外部驅(qū)動(dòng)器要求較低之外，其他大多數(shù)GaN功率器件均需要借助外部驅(qū)動(dòng)電路。
沒有內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路而又要保證氮化鎵器件可靠的工作并發(fā)揮出它的優(yōu)異性能，除了需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的高速性能和驅(qū)動(dòng)功耗做重點(diǎn)優(yōu)化，還必須讓驅(qū)動(dòng)器精準(zhǔn)穩(wěn)定的輸出驅(qū)動(dòng)電壓，保障器件正確關(guān)閉與開啟，同時(shí)需要嚴(yán)格控制主回路上因開關(guān)產(chǎn)生的負(fù)壓對(duì)GaN器件的影響。
三、氮化鎵快充控制芯片三大主要供貨廠家
據(jù)充電頭網(wǎng)了解，目前市面上的氮化鎵快充充電器控制芯片主要有三大供貨廠家：
1、Texas Instruments德州儀器
TI是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體跨國公司，以開發(fā)、制造、銷售半導(dǎo)體和計(jì)算機(jī)技術(shù)聞名于世，主要從事創(chuàng)新型數(shù)字信號(hào)處理與模擬電路方面的研究、制造和銷售。除半導(dǎo)體業(yè)務(wù)外，還提供包括傳感與控制、教育產(chǎn)品和數(shù)字光源處理解決方案。TI總部位于美國德克薩斯州的達(dá)拉斯，并在25多個(gè)國家設(shè)有制造、設(shè)計(jì)或銷售機(jī)構(gòu)，是世界第一大數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和模擬電路元件制造商，其模擬和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在全球具有統(tǒng)治地位。
據(jù)了解，采用TI控制器的產(chǎn)品有OPPO 50W餅干氮化鎵充電器、小米65W氮化鎵充電器、AUKEY 27W氮化鎵充電器、Anker氮化鎵超級(jí)充、RAVPower 45W氮化鎵充電器等。
2、ON Semiconductor安森美半導(dǎo)體
安森美半導(dǎo)體從1999年從摩托羅拉的半導(dǎo)體部門分拆成立而來，公司致力于推動(dòng)高能效電子的創(chuàng)新，使客戶能夠減少全球的能源使用。在初創(chuàng)時(shí)期，安森美的產(chǎn)品主要是一些標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體和分立器件;過去的20年當(dāng)中，公司大力拓展產(chǎn)品陣容，從傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體、分立器件，拓展到模擬半導(dǎo)體和信號(hào)產(chǎn)品、傳感器，以及完整的系統(tǒng)單芯片(SOC)等，為客戶提供全面的高能效聯(lián)接、感知、電源管理、模擬、邏輯、時(shí)序、分立及定制器件陣容。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、工業(yè)、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域。
據(jù)了解，采用安森美控制器的產(chǎn)品有thinkplus 65W氮化鎵充電器、貝爾金雙USB-C口68W氮化鎵充電器、魅族65W 2C1A氮化鎵充電器、HYPER JUICE 100W氮化鎵充電器、倍思65W氮化鎵充電器等。
3、MIX-DESiGN美思迪賽半導(dǎo)體
美思迪賽半導(dǎo)體作為唯一上榜的國產(chǎn)氮化鎵快充控制器的廠商，在當(dāng)前中美貿(mào)易戰(zhàn)的大背景下獲得了許多快充廠商的關(guān)注。美思迪賽半導(dǎo)體是國內(nèi)首家掌握氮化鎵控制及驅(qū)動(dòng)技術(shù)的公司，并在全球范圍內(nèi)成為繼美國TI和安森美之后的第三家推出氮化鎵驅(qū)動(dòng)及控制器的公司。值得一提的是，美思迪賽半導(dǎo)體推出的氮化鎵快充控制器相比于安森美NCP1342而言擁有更高的集成度，除了控制器外還集成了柵極驅(qū)動(dòng)電路，從而實(shí)現(xiàn)單顆IC即可直接驅(qū)動(dòng)GaN器件，簡化外圍電路。
此外，得益于美思迪賽半導(dǎo)體多年來致力于初級(jí)功率器件IC和次級(jí)數(shù)字多協(xié)議IC的系統(tǒng)的同時(shí)研發(fā)，開發(fā)了一套獨(dú)特的(Smart-Feedback)數(shù)字智能反饋技術(shù)，使產(chǎn)品極致精簡的外圍器件下，仍能獲得高性能恒流恒壓輸出特性，簡潔的外圍器件相比于傳統(tǒng)方案，系統(tǒng)成本及生產(chǎn)成本得到有效的降低。
總結(jié)
近年來，氮化鎵功率器件開始滲透入手機(jī)和筆記本電腦等電子設(shè)備的配件市場，市場容量迅速擴(kuò)大;同時(shí)，各大主流電商及電源廠也是摩拳擦掌，出現(xiàn)扎堆發(fā)布的氮化鎵充電器的局面，功率涵蓋30W、45W、65W、100W等多個(gè)級(jí)別，接口涵蓋單C口、雙C口、2C1A、2C2A、3C1A等多種配置，產(chǎn)品類目非常豐富，受到廣大消費(fèi)者的追捧和喜愛。
可以預(yù)見，在接下來的幾年中，氮化鎵快充將迎來發(fā)展的巔峰，市場容量異常可觀。歷史性的風(fēng)口已經(jīng)形成，而掌握氮化鎵快充控制技術(shù)，并能提供高性價(jià)比氮化鎵快充整體方案的芯片廠商，將最有可能成為市場的大贏家。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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