详谈氮化镓充电器的发展趋势及现状.docxVIP

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详谈氮化镓充电器的发展趋势及现状

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氮化镓（galliumnitride，GaN）是下一代半导体材料，其运行速度比旧式传统硅（Si）技术快了二十倍，并且能够实现高出三倍的功率，用于尖端快速充电器产品时，可以实现远远超过现有产品的性能，在尺寸相同的情况下，输出功率提高了三倍。

也正是得益于这些性能优势，氮化镓在消费类快充电源市场中有着广泛的应用。

统计数据显示，目前已有数十家主流电源厂商开辟了氮化镓快充产品线，推出的氮化镓快充新品多达数百款。

可以预见，2021年氮化镓快充将成为继续引领市场发展的风向标。同时，我们也整理了一些2021年极有可能出现的前瞻性发展趋势分享给大家。

合封成为趋势

为了在产品中实现更加简洁的外围设计，合封氮化镓芯片逐渐成为市场趋势。我们通过整理了解到，目前市面上合封氮化镓芯片可分为以下四种类型：

控制器+驱动器+GaN：这种方式以老牌电源芯片品牌PI为代表，PowiGaN芯片获众多品牌青睐。其基于InSOP-24D封装，推出了十余款合封主控、氮化镓功率器件、同步整流控制器等的高集成氮化镓芯片，成为了合封氮化镓快充芯片领域的领导者。

此外在本土供应商中，东科半导体率先推出两款合封氮化镓功率器件的主控芯片DKG045Q和DKG065Q，芯片内部整合了650V/200mΩE-modeGaNHEMT、逻辑控制器、GaN驱动器、高压启动管等，采用变频QR控制方式，对应的最大输出功率分别为45W和65W。这两款芯片在节约系统成本，加速产品上市方面均有着巨大的优势，并有望在2021年量产。

驱动器+GaN：这种合封的氮化镓功率芯片以纳微半导体为主要代表，其为业界首家推出内置驱动氮化镓功率芯片的厂商，凭借精简的外围设计，获得广大工程师及电源厂商青睐，在2020年底，达成芯片出货量突破1300万颗的好成绩。

驱动器+2*GaN：合封两颗氮化镓功率器件以及驱动器的双管半桥产品，其集成度较传统的氮化镓功率器件更高。这类产品应用于ACF架构，以及LLC架构的氮化镓快充产品中，可以实现更加精简的外围设计。目前纳微半导体、英飞凌、意法半导体等厂商在这类合封氮化镓芯片方面均有布局。

驱动器+保护+GaN：纳微半导体近期推出了新一代氮化镓功率芯片NV6128，集成GaNFET、驱动器和逻辑保护器件。将保护电路也加入氮化镓器件中，通过整合开关管和逻辑电路，可得到更低的寄生参数以及更短的响应时间。该芯片可以实现数字输入，功率输出高性能，电源工程师可基于此设计出更快更小更高速的电源。

LLC架构普及

LLC架构属于双管半桥谐振，采用谐振电感、励磁电感和谐振电容串联，故名LLC。采用零电压开关（ZVS）软开关技术，具有工作频率高、损耗小、效率高、体积小的优点，可提高充电器功率密度。

LLC架构谐振操作可实现全负载范围的软开关，减小开关损耗，从而成为高频和高功率密度设计的理想选择，适合固定电压输出，EMI特性更好。尤其是应用在多口输出的大功率快充电源产品中，LLC架构输出固定电压+二次降压实现多口PD快充的方式，具有效率高、功率大的特点。

值得一提的是，LLC架构配合GaN开关元件，还能够有效降低驱动开销，降低导通损耗与关断损耗，提升效率与工作频率，进一步提升充电器功率密度。

我们通过往期的近百款氮化镓快充案例的拆解发现，在百瓦大功率快充产品中，目前已有安森美、NXP等品牌LLC控制器得到广泛应用；此外，英飞凌、MPS、矽力杰、TI等业界一流芯片厂商均已推出了适用于大功率快充的LLC控制器。

随着快充功率的提升和二次同步整流降压转换器的成熟，为LLC架构快充上的应用创造了有利条件。LLC架构在大功率PD快充上取代了PFC+反激架构，软开关降低了开关损耗，同时搭配GaN和SiC第三代半导体元件，工作频率得到大幅提高，可获得更高的转换效率和功率密度，逐渐成为大功率快充市场市场的新宠，有望在2021年实现全面普及。

更令人兴奋的是，2021年氮化镓快充将进入数字时代。

苹果推出氮化镓快充

据媒体报道，纳微半导体将在今年获得苹果基于GaN技术的快速充电订单，台积电将为纳微半导体提供GaN芯片。这也就是说，2021年苹果公司将会推出基于氮化镓功率器件的大功率USBPD快充，与目前基于硅的充电器相比，该产品体积更小、重量更轻、更高效。

苹果向来是科技行业的先行者，其推出的产品经常会成为业界风向标。而这一次苹果氮化镓快充会给我们带来哪些惊喜，从目前已知的信息来看，还很难联想到具体产品。不过一旦苹果氮化镓快充推行市场，势必对现有的氮化镓上下游生态带来重大利好，这其中就包括氮化镓功率器件、氮化镓控制器、快充协议芯片、生产制造工厂等。

封装创新

追求小体积、高密度一直