氮化鎵快充研發(fā)重大突破 三大核心芯片實現(xiàn)全國產(chǎn)

時間：2021/02/19    點擊量：124

國產(chǎn)氮化鎵快充研發(fā)取得重大突破，三大核心芯片實現(xiàn)自主可控，性能達到國際先進水準。氮化鎵（galliumnitride，GaN）是下一代半導體材料，其運行速度比舊式傳統(tǒng)硅（Si）技術加快了二十倍，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，可以實現(xiàn)遠遠超過現(xiàn)有產(chǎn)品的性能，在尺寸相同的情況下，輸出功率提高了三倍。

 一、氮化鎵快充市場規(guī)模

也正是得益于這些性能優(yōu)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(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前已有數(shù)十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數(shù)百款。

華為、小米、OPPO、魅族、三星、中興、努比亞、魅族、Realme、戴爾、聯(lián)想等多家知名手機/筆電品牌也先后入局。

另有數(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，隨著手機以及筆記本電腦滲透率進一步提升，2020年將實現(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到5000萬顆。預計2025年全球GaN快充市場規(guī)模將達到600多億元，市場前景異?？捎^。

 二、氮化鎵快充的主要芯片

據(jù)了解，在氮化鎵快充產(chǎn)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(xié)議控制器。目前氮化鎵功率器件以及快充協(xié)議芯片均已陸續(xù)實現(xiàn)了國產(chǎn)化；而相比之下，氮化鎵控制芯片的研發(fā)就成了國產(chǎn)半導體廠商的薄弱的環(huán)節(jié)，氮化鎵控制器主要依賴進口，主動權(quán)也一直掌握在進口品牌手中。

這主要是因為GaN功率器件驅(qū)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，極易受干擾而誤開啟。所以相較傳統(tǒng)硅器件而言，驅(qū)動氮化鎵的驅(qū)動器和控制器需要解決更多的技術難題。

此外，目前市面上除了少數(shù)內(nèi)置驅(qū)動電路的GaN功率器件對外部驅(qū)動器要求較低之外，其他大多數(shù)GaN功率器件均需要借助外部驅(qū)動電路。

沒有內(nèi)置驅(qū)動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，除了需要對驅(qū)動電路的高速性能和驅(qū)動功耗做重點優(yōu)化，還必須讓驅(qū)動器精準穩(wěn)定的輸出驅(qū)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(chǎn)生的負壓對GaN器件的影響。

三、全套國產(chǎn)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(chǎn)了一款65W氮化鎵快充充電器，除了1A1C雙口以及折疊插腳等常規(guī)的配置外，這也是業(yè)界首款基于國產(chǎn)氮化鎵控制芯片、國產(chǎn)氮化鎵功率器件、以及國產(chǎn)快充協(xié)議芯片開發(fā)并正式量產(chǎn)的產(chǎn)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(wǎng)進一步了解到，瑞亨65W1A1C氮化鎵快充充電器內(nèi)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(xié)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65W1A1C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，體積約縮小了三分之一。

ChargerLABPOWER-ZKT001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(xié)議。

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

PDO報文顯示充電器的USB-C口支持5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A、3.3-11V5A。

四、氮化鎵快充三大核心芯片自主可控

南芯總部位于上海。南芯SC3021A滿足各類高頻QR快充需求，采用專有的GaN直驅(qū)設計，省去外置驅(qū)動器或者分立驅(qū)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(nèi)置高壓啟動及交流輸入BrownIn/Out功能，集成了X-cap放電功能；SC3021A最高支持170KHz工作頻率，適用于繞線式變壓器，SC3021B最高支持260KHz工作頻率，適用于平面變壓器。

初級側(cè)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(yè)應用要求，這是整個產(chǎn)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(chǎn)基地。據(jù)了解，INN650D02“InnoGaN”開關管基于業(yè)界領先的8英寸生產(chǎn)加工工藝，是目前市面上最先量產(chǎn)的先進制程氮化鎵功率器件，這項技術的大規(guī)模商用將推動氮化鎵快充的快速普及。

目前，英諾賽科已經(jīng)在蘇州建成了全球最大的集研發(fā)、設計、外延生產(chǎn)、芯片制造、測試等于一體的第三代半導體全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)生產(chǎn)平臺，滿產(chǎn)后將實現(xiàn)月產(chǎn)8英寸硅基氮化鎵晶圓65000片，產(chǎn)品將為5G移動通信、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車、無人駕駛、手機快充等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新發(fā)展提供核心電子元器件。

英諾賽科InnoGaN系列氮化鎵芯片已經(jīng)開始在消費類電源市場大批量出貨，成功進入了努比亞、魅族、Lapo、MOMAX、ROCK、飛頻等眾多知名品牌快充供應鏈，并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(yè)之一。

智融總部位于珠海。智融SW3516H是一款高集成度的多快充協(xié)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。

其集成了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(xié)議，CC/CV模式，以及雙口管理邏輯。

外圍只需少量的器件，即可組成完整的高性能多快充協(xié)議雙口充電解決方案。

五、行業(yè)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(yè)關注，并逐漸成為了消費類電源市場的全新發(fā)展方向。

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

相信在不久之后，氮化鎵快充產(chǎn)品的價格將會逐漸平民化，以普通硅充電器的價格購買到全新氮化鎵快充的愿景也將成為可能。