国产氮化镓快充重大突破，三大核心芯片实现自主可控，性能达到国际先进水准

2021-04-25 09:33:47

导读充电头网近日从供应链获悉国产氮化镓快充研发取得重大突破三大核心芯片实现自主可控性能达到国际先进水准。一、氮化镓快充市场规

充电头网近日从供应链获悉国产氮化镓快充研发取得重大突破三大核心芯片实现自主可控性能达到国际先进水准。

一、氮化镓快充市场规模

氮化镓（gallium nitride GaN）是下一代半导体材料其运行速度比旧式传统硅（Si）技术加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。充电头网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。

华为、小米、OPPO、魅族、三星、中兴、努比亚、魅族、realme、戴尔、联想等多家知名手机/笔电品牌也先后入局。

另有数据显示在以电商客户为主的充电器市场 2019年氮化镓功率器件出货量约为300万-400万颗随着手机以及笔记本电脑渗透率进一步提升 2020年将实现5-6倍增长总体出货1500-2000万颗 2021年GaN器件的出货量有望达到5000万颗。预计2025年全球GaN快充市场规模将达到600多亿元市场前景异常可观。

二、氮化镓快充的主要芯片

据了解在氮化镓快充产品的设计中主要需要用到三颗核心芯片分别氮化镓控制器、氮化镓功率器件以及快充协议控制器。目前氮化镓功率器件以及快充协议芯片均已陆续实现了国产化；而相比之下氮化镓控制芯片的研发就成了国产半导体厂商的薄弱的环节氮化镓控制器主要依赖进口主动权也一直掌握在进口品牌手中。

这主要是因为GaN功率器件驱动电压范围很窄 VGS对负压敏感器件开启电压阈值（VGS-th）低1V~2V左右极易受干扰而误开启。所以相较传统硅器件而言驱动氮化镓的驱动器和控制器需要解决更多的技术难题。

此外目前市面上除了少数内置驱动电路的GaN功率器件对外部驱动器要求较低之外其他大多数GaN功率器件均需要借助外部驱动电路。

没有内置驱动电路而又要保证氮化镓器件可靠的工作并发挥出它的优异性能除了需要对驱动电路的高速性能和驱动功耗做重点优化还必须让驱动器精准稳定的输出驱动电压保障器件正确关闭与开启同时需要严格控制主回路上因开关产生的负压对GaN器件的影响。

三、全套国产芯片氮化镓快充问世

东莞市瑞亨电子科技有限公司近日成功量产了一款65W氮化镓快充充电器除了1A1C双口以及折叠插脚等常规的配置外这也是业界首款基于国产氮化镓控制芯片、国产氮化镓功率器件、以及国产快充协议芯片开发并正式量产的产品。三大核心芯片分别来自南芯半导体、英诺赛科和智融科技。

充电头网进一步了解到瑞亨65W 1A1C氮化镓快充充电器内置的三颗核心芯片分别为南芯的主控芯片SC3021A、英诺赛科氮化镓功率器件INN650D02 以及智融二次降压+协议识别芯片SW3516H。

该充电器支持100-240V~ 50/60Hz输入和双口快充输出配备最大输出65W的USB-C接口以及最大30W输出的USB-A接口。

瑞亨65W 1A1C氮化镓快充整机尺寸约为53*53*28mm 功率密度可达0.83W/mm³ 与苹果61W充电器修昂相比体积约缩小了三分之一。

ChargerLAB POWER-Z KT001测得该充电器的USB-A口支持Apple2.4A、Samsung5V2A、QC3.0、QC2.0、AFC、FCP、SCP、PE等协议。

USB-C口支持Apple2.4A、Samsung5V2A、QC3.0、QC2.0、AFC、SCP、PE、PD3.0 PPS等协议。

PDO报文显示充电器的USB-C口支持5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A、3.3-11V 5A。

四、氮化镓快充三大核心芯片自主可控

南芯总部位于上海。南芯SC3021A满足各类高频QR快充需求采用专有的GaN直驱设计省去外置驱动器或者分立驱动器件；集成分段式供电模式单绕组供电无需复杂的供电电路；内置高压启动及交流输入Brown In/Out功能集成了X-cap放电功能；SC3021A最高支持170KHz工作频率适用于绕线式变压器 SC3021B最高支持260KHz工作频率适用于平面变压器。

南芯SC3021A详细规格资料

初级侧氮化镓开关管来自英诺赛科型号INN650D02 耐压650V 导阻低至0.2Ω 符合JEDEC标准的工业应用要求这是整个产品的核心元器件。

INN650D02 “InnoGaN”开关管高频特性好且导通电阻小适合高频高效的开关电源应用采用DFN8*8封装具备超低热阻散热性能好适合高功率密度的开关电源应用。

英诺赛科总部在珠海在珠海、苏州均有生产基地。据了解 INN650D02 “InnoGaN”开关管基于业界领先的8英寸生产加工工艺是目前市面上最先量产的先进制程氮化镓功率器件这项技术的大规模商用将推动氮化镓快充的快速普及。

目前英诺赛科已经在苏州建成了全球最大的集研发、设计、外延生产、芯片制造、测试等于一体的第三代半导体全产业链研发生产平台满产后将实现月产8英寸硅基氮化镓晶圆65000片产品将为5G移动通信、数据中心、新能源汽车、无人驾驶、手机快充等战略新兴产业的自主创新发展提供核心电子元器件。

英诺赛科InnoGaN系列氮化镓芯片已经开始在消费类电源市场大批量出货成功进入了努比亚、魅族、Lapo、MOMAX、ROCK、飞频等众多知名品牌快充供应链并且均得到良好的市场反馈成为全球GaN功率器件出货量最大的企业之一。

智融总部位于珠海。智融SW3516H是一款高集成度的多快充协议双口充电芯片支持A+C口任意口快充输出支持双口独立限流。

其集成了 5A 高效率同步降压变换器支持 PPS、PD、QC、AFC、FCP、SCP、PE、SFCP、低压直充等多种快充协议 CC/CV 模式以及双口管理逻辑。

外围只需少量的器件即可组成完整的高性能多快充协议双口充电解决方案。

智融SW3516H详细规格资料

五、行业意义

在快充电源的更新迭代中氮化镓功率器件凭借其高频低阻、高导热、耐高温等特性越来越被行业关注并逐渐成为了消费类电源市场的全新发展方向。