?240W刷新手機快充最高功率密度

2月9日，realme GT Neo5發(fā)布，同時量產首發(fā)搭載240W閃充技術。該充電器尺寸僅57 x 58 x 30 mm (99 cc)，重量為173g，功率密度達到了業(yè)界領先的2.42 W/cc。使用該充電器為GT3的4600mAh電池充電30秒，僅需4分鐘左右就能充至50%，完全充電可在9分30秒內完成。

300W即將刷新手機快充最短時間

2月28日，雷軍公眾號公開了一款名為“300瓦神仙秒充”的GaN充電器，5分鐘充滿100%電，刷新手機快充記錄。據悉，該快充基于Redmi Note 12探索版魔改而來，實現(xiàn)了300瓦超大功率。在功率大漲43%的情況下，其體積與小米上一代210瓦充電器完全相同，功率密度達到2.31W/cm3。

30W到300W 手機快充進入個位數(shù)時代

2018~2019年，市場上普遍的快充功率還在20~30 W左右，且體積較大。2018年10月，ANKER在紐約發(fā)布了全球首款USB PD GaN充電器PowerPort Atom PD1，30W的功率不到55cc的體積，幾乎吊打當時市場上普遍的快充，GaN技術正式亮相手機快充消費市場。

2019年8月，倍思發(fā)布65 W 2C+A GaN充電器，一個月后，OPPO發(fā)布65 W SuperVOOC 2.0快充，功率密度首次超過1W/cc。自此，GaN快充一發(fā)不可收拾，各類品牌的GaN快充加速涌入市場。

2020~2022年，品牌廠商密集性發(fā)布快充技術，65W、120W、210W讓人眼花繚亂。進入2023Q1，realme 240W更是量產發(fā)售，紅米300W 亦是呼之欲出。

從2018年10月GaN手機快充正式亮相到2023Q1 realme 240W量產發(fā)售，GaN快充在體積增長不到1倍的基礎上，當前輸出功率整整是原來的8倍，功率密度是原來的4倍有余。直觀的看，GaN快充即將將手機充電時間縮短到5分鐘，令人瞠目結舌！

小體積大功率 GaN功率器件功不可沒

GaN快充技術的飛速發(fā)展背后的核心是GaN功率器件的強力支撐。那為什么GaN功率器件能夠實現(xiàn)快充的小體積大功率呢？

先來了解一下手機充電的基本過程：

1.電壓220v、頻率50hz的市電轉換成適合于手機充電用的低壓直流電，比如5V/13.4A，最新20V/12A，得到67W、100W的充電功率。

2.通過數(shù)據線將轉換后的低壓直流電輸入到手機。5V/13.4A或者20V/12A是充電頭轉換后數(shù)據線傳輸?shù)墓β剩皇鞘謾C電池的電壓，因此還需要進行一次電壓電流的轉換，目前主流的是電荷泵方案。

3.經過電荷泵方案后手機電池開始充電。

電流從充電器到數(shù)據線再到電荷泵系統(tǒng)，最后到達電池。在這個過程中，充電器最重要的作用是進行電壓電流的轉換。一般而言，充電功率越大，充電頭或者適配器的體積就會越大，比如，從手機到筆記本再到電動自行車，適配器體積顯著增大。

充電器體積增大的原因有兩個：

一是為了散熱，功率越大發(fā)熱越多，需要更大的空間散熱；

二是為了跟充電器內部元器件的體積相匹配，尤其是變壓器的體積，變壓器越大充電器就需要做的越大。

那GaN功率器件在如此高的輸出功率下是如何做到這么小的體積的呢？GaN作為一種寬禁帶材料，具備禁帶寬度大、擊穿電場高、飽、電子漂移速度快和導通電阻低等特點，能夠在高溫、高壓、高效、高頻、高功率等特定需求環(huán)境下運行。

GaN材料的這些特性剛好跟手機充電器小體積大功率的需求相匹配。

首先，GaN耐高溫，GaN功率器件可以承受較高的溫度，意味著快充在更小的體積小能夠承受更高的溫度。

其次，GaN導通電阻低，導通的時候能量損耗會比較低，也就是GaN功率器件電路發(fā)熱量少，同樣意味著快充體積能夠更加緊湊。

最后，GaN頻率高，能夠產生高頻交流電，采用GaN功率器件就可以顯著提高充電頻率，從而減小變壓器的體積，變壓器是充電器當中體積最大的元器件之一。

（充電器變壓器在變壓的時候本質上是利用了電磁感應原理，兩組線圈，要輸出的電動勢跟電流頻率和線圈的匝數(shù)是正比的，要提高輸出電壓在頻率遇到瓶頸的情況下，線圈的匝數(shù)就需要增加，然后變壓器的體積就會變大，這也是很多高功率的充電器體積較大的最核心原因）。?

跟傳統(tǒng)功率器件相比，GaN對整個電路體積的壓縮、頻率提高以及它本身低開關損耗的優(yōu)勢都是Si管無法替代的。　

熱度持續(xù)不減 2022卻價量齊降

2022年，各大品牌廠商在其產品發(fā)布會爭先恐后推出過百瓦的快充，不斷刷新消費者對手機充電速度的認知。一方面市場好不熱鬧，GaN快充熱度持續(xù)不減；另一方面，市場發(fā)展卻不及預期。

據CASA Research調研，以手機快充為主要市場的GaN主要廠商業(yè)績均未達到2022年初設定目標。一是消費電子設備需求低迷，2022年全球智能手機、個人PC、平板電腦出貨量都出現(xiàn)下滑。另一方面，第三代半導體器件價格發(fā)生分化。PD快充領域，由于需求下滑，加之眾多競爭者加入，導致2022年GaN功率電子產品價格下降了10%-30%不等。綜合預計，GaN PD快充市場將較去年下降5%-10%。

需求有待釋放 未來值得追逐

2022年，有關“消費者真實使用的快充功率”網絡調查數(shù)據顯示：參與統(tǒng)計的用戶有超過50%仍使用50W以下的快充。今年3月份，小米工程師王彥騰在接受采訪時表示，目前快充產品已在所有產品中占比提升至30%-40%，其中大部分高功率快充設備均采用GaN充電器。GaN 快充當前主要定位在旗艦機型，整體市場量并不是很大，隨著快充下沉到更多大眾機型，GaN快充有望進一步起量。

盡管GaN領域的玩家不斷增加，GaN功率器件在手機快充領域的應用似乎已進入紅海，競爭不斷加劇，但同時也意味著技術、市場市場成熟度越來越高，成本有望進一步下降。

對于GaN功率器件而言，GaN快充應用只是拉開了GaN功率器件應用的序幕，GaN功率器件市場的發(fā)展仍處于初期。Yole數(shù)據指出，2021年到2027年期間，GaN功率器件市場CAGR達52%，整體市場規(guī)模達到20億美元，其中消費類市場規(guī)模超過9.156億美元。GaN功率器件在儲能、數(shù)據中心、通訊基站、家用微型逆變器以及新能源汽車等領域滲透率還很低，有著更廣闊的發(fā)展前景，未來值得我們追逐。

國內外GaN產業(yè)鏈典型企業(yè)

目前，國際上GaN襯底生產以日本Sumitomo Electric和Mitsubishi Chemical等企業(yè)為主，外延企業(yè)主要包括日本Sumitomo、比利時EpiGaN、英國IQE等；GaN功率器件生產企業(yè)主要包括Transphorm、EPC、GaN Systems、Navitas等企業(yè)。

國內也有數(shù)十家GaN材料和功率器件生產企業(yè)，從上游Si襯底、GaN外延材料的制備，中游器件設計、制造、封測到下游的應用，產業(yè)鏈基本形成。國內GaN襯底的領軍企業(yè)主要是蘇州納維和中鎵半導體；功率電子用GaN外延材料生產企業(yè)主要有晶湛半導體、蘇州漢驊、能華微電子等；GaN功率器件和射頻器件的企業(yè)主要以IDM模式為主，功率電子IDM代表企業(yè)有英諾賽科、潤新微、能華微電子，聚能創(chuàng)芯等。