氮化镓（GaN）快充背后的芯片技术和三大潜在赢家

2020年2月13日，小米通过线上直播的形式，面向百万观众，正式发布了小米10Pro系列手机以及部分配件产品。其中，小米65W氮化镓充电器成为本次发布会的一大重要亮点。据小米首席执行官雷军介绍，该款充电器具有小巧、高效、发热低等特点，并且支持小米10Pro超级快充，对一块4500mAH的超大电池从0%充电至100%仅需45分钟，小米就此也成为了第一家将氮化镓USB PD快充单独零售的品牌手机企业，并且149元的零售价更是创下行业新低，引发业内人士高度关注。小米GaN充电器Type-C 65W内置智能识别芯片，可以兼容市面上主流智能手机、Type-C接口的笔记本电脑及其它电子设备。

二、氮化镓快充时代来临

早在雷军之前，2019年，做为3C配件市场发展风向标的香港电子展，我们就已经察觉到氮化镓快充发展的迅猛势头：2019年4月份春节展，8款氮化镓充电器新品参展；而到了10月份秋季展，氮化镓充电器新品多达56款，不到一年增长近7倍。

同时，在前不久刚刚结束的美国CES展会上，充电头网了解到，参展的氮化镓充电器数量也已经多达66款，涵盖了18W、30W、65W、100W等多个功率段，以及全新品类超级扩展坞，全面满足手机、平板、笔电的充电需求。

除了笔电市场充电技术的更新换代，5G商用临近，让手机续航、充电面临新的挑战。当前手机电池技术没有重大突破，遇到高速网络、视频游戏等沉浸应用，续航成为制约手机使用时长的瓶颈。这时采用全新氮化镓技术方案的有线快充，能够利用碎片化时间迅速补充电量，被市场极度看好和重视，现如今成为手机的重要卖点之一。

三、氮化镓快充背后的功率芯片技术及三大主要供货厂家

当前市场上氮化镓快充电源主要采用650V氮化镓功率芯片（GaNFET)作为功率开关，应用氮化镓高频特性，使得终端快充产品体积更小，效率更高。对比传统的MOSFET 产品，GaNFET由于采用异质外延材料，在设计及制造工艺上都有极大的挑战，全球范围内成熟的可量产的GaN产线十分有限。

据充电头网了解，目前出现在香港电子展及美国CES展会上的众多氮化镓充电产品背后的氮化镓功率芯片主要来源于三大供货厂家：

*IDM: Integrated Design Manufacturer，集成设计制造商，既有IC设计能力也有IC制造能力的公司**Fabless：无晶圆厂的IC设计公司，只负责IC的设计，不负责IC的制造生产，一般其IC交由专业的代工厂进行加工

1、Power Integrations, Inc. ，总部位于美国硅谷, 是一家拥有三十多年的历史，专注于高压电源管理及控制的高性能电子元器件及电源方案的供应商，其产品品质及品牌在全球拥有很高的认可度。PI推出的集成电路和二极管为包括移动设备、电视机、PC、家电、智能电表和LED灯在内的大量电子产品设计出小巧紧凑的高能效AC-DC电源。

2019年9月，OPPO发布的65W 基于SuperVOOC 2.0技术的氮化镓快充，是品牌手机厂商首次将氮化镓快充作为手机标配，其利用的也正是PI的PowiGaN系列的氮化镓芯片。彼时PI在氮化镓PowiGaN功率芯片的累计发货量就已超过一百万颗，是目前累计发货量最大的厂家。

2、纳微半导体（Navitas）拥有强大的功率半导体行业专家团队，专有的 AllGaN工艺设计套件将最高性能的GaNFET与逻辑和模拟电路单片集成，可为移动、消费、企业和新能源市场提供更小、更高能效和更低成本的电源。此次小米发布的氮化镓快充产品就是采用了纳微半导体的功率芯片产品。

3、英诺赛科（Innoscience）作为唯一上榜的国产硅基氮化镓厂商，在当前中美贸易战的大背景下获得了许多厂商的关注，业界对其发展潜力十分看好。公司在珠海和苏州建有两个8英寸硅基氮化镓芯片研发生产基地，产品线覆盖30V-650V的全系列氮化镓芯片，自有失效分析和可靠性实验室为产品品质保驾护航，目前在快充领域已有超过10家企业利用其高压氮化镓芯片成功开发出快充产品并实现量产。英诺赛科虽然起步较晚，但是在商业模式（IDM），工艺先进性，产品覆盖面，产能布局等核心方面都具有极大的优势，未来发展十分值得期待。

四、风口浪尖，群雄逐鹿

随着2020年的到来，氮化镓快充会迅速开始渗透手机和笔记本等电子设备的配件市场，市场容量有望迅速扩大，各大主流电商及电源厂也是摩拳擦掌；另外一方面，氮化镓快充将逐渐被各主流手机厂商作为手机出厂的标准配件，其市规模更是异常可观，并势必会把氮化镓技术的应用推向又一个巅峰。历史性的风口已经形成，未来可以持续推出质量稳定可靠及高性价比的产品，同时掌握氮化镓芯片产能的厂家，将会脱颖而出，成为这次市场争霸的最大赢家。

国内首颗内置GaN电源芯片问世：减少40%外围，最大45W

2020年8月21日，充电头网主办的「2020（秋季）USB PD＆Type-C亚洲展」在深圳成功举办。在本次展会的研讨会上，东科半导体半导体董事、销售总监赵少峰先生带来了 《东科半导体匠心所在——高功率密度下合封芯片优势》主题演讲，重磅发布了国内首颗合封GaN的电源管理芯片DKG045Q系列，成为了氮化镓技术在快充电源领域的发展的里程碑。东科也由此成为了国内首家掌握氮化镓功率器件与电源管理芯片合封技术的厂商。

据赵少峰先生介绍，东科DKG045Q系列采用QFN 5mm*6mm封装， 内部整合了650V/200mΩ E-mode GaN HEMT、逻辑控制器、GaN驱动器、高压启动管等，采用变频QR控制方式，最大输出功率为45W，开关频率最高为200kHz。

东科DKG045Q系列采用高集成的设计，有助提高快充产品的整体功率密度。除了将氮化镓器件内置，该芯片内部还集成了自供电线路，无需第三绕组，无需Vcc稳压电路、Brown in/Brown out保护、全电压恒功率补偿以及各种保护功能。

得益于东科合封氮化镓电源管理芯片DKG045Q以及高集成同步整流芯片DK5V100R10M的采用，东科45W氮化镓快充DEMO整体布局十分精简。据悉，东科仅用了64个元器件就完成了这套参考设计的开发，产品精简程度颠覆传统。功率密度方面，该参考设计的整体尺寸约为43.1mm×36.1mm×19.6mm，配上外壳之后，其功率密度仍可以达到1.12W/cm³，领先目前市面上的大部分氮化镓快充产品。

总结

东科采用合封式控制器+驱动器+GaN HEMT方案，减小快充方案在高频下的寄生参数，从而降低了快充电源的调试难度，并达到了精简外围元器件、提高功率密度的目的。

在成本方面，得益于高集成的芯片设计，基于东科电源芯片开发的氮化镓快充方案，外围器件数量减少了40%以上，生产成本大幅降低，对推动速氮化镓快充技术的普及起到了积极地作用。

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