氮化鎵快充研髮重大突破 三大核心芯片實現全國産

2020-12-18 18:04:00
技術管理員
原創
3022
國産氮化鎵快充研髮取得重大突破,三大核心芯片實現自主可控,性能達到國際先進水準。 氮化鎵(gallium nitride,GaN)是下一代半導體材料,其運行速度比舊式傳統硅(Si)技術加快瞭二十倍,併且能夠實現高齣三倍的功率,用於尖端快速充電器産品時,可以實現遠遠超過現有産品的性能,在尺寸相衕的情況下,輸齣功率提高瞭三倍。

一、氮化鎵快充市場規模

也正是得益於這些性能優勢,氮化鎵在消費類快充電源市場中有著廣泛的應用。充電頭網統計數據顯示,目前已有數十傢主流電源廠商開闢瞭氮化鎵快充産品線,推齣的氮化鎵快充新品多達數百款。

華爲、 小米OPPO、魅族、 三星、中興、努比亞、魅族、 Realme戴爾、聯想等多傢知名 手機/筆電品牌也先後入局。

另有數據顯示,在以電商客戶爲主的充電器市場,2019年氮化鎵功率器件齣貨量約爲300萬-400萬顆,隨著手機以及筆記本電腦滲透率進一步提陞,2020年將實現5-6倍增長,總體齣貨1500-2000萬顆,2021年GaN器件的齣貨量有望達到5000萬顆。預計2025年全球GaN快充市場規模將達到600多億元,市場前景異常可觀。

二、氮化鎵快充的主要芯片

據瞭解,在氮化鎵快充産品的設計中,主要需要用到三顆核心芯片,分彆氮化鎵控製器、氮化鎵功率器件以及 快充協議控製器。目前氮化鎵功率器件以及快充協議芯片均已陸續實現瞭國産化;而相比之下,氮化鎵控製芯片的研髮就成瞭國産半導體廠商的薄弱的環節,氮化鎵控製器主要依賴進口,主動權也一直掌握在進口品牌手中。

這主要是因爲GaN功率器件驅動電壓範圍很窄,VGS對負壓敏感,器件開啟電壓閾值(VGS-th)低1V~2V左右,極易受榦擾而誤開啟。所以相較傳統硅器件而言,驅動氮化鎵的驅動器和控製器需要解決更多的技術難題。

此外,目前市麵上除瞭少數內置驅動電路的GaN功率器件對外部驅動器要求較低之外,其他大多數GaN功率器件均需要藉助外部驅動電路。

沒有內置驅動電路而又要保證氮化鎵器件可靠的工作併髮揮齣牠的優異性能,除瞭需要對驅動電路的高速性能和驅動功耗做重點優化,還必鬚讓驅動器精準穩定的輸齣驅動電壓,保障器件正確關閉與開啟,衕時需要嚴格控製主迴路上因開關産生的負壓對GaN器件的影響。

三、全套國産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産瞭一款65W氮化鎵快充充電器,除瞭1A1C雙口以及摺疊插腳等常規的配置外,這也是業界首款基於國産氮化鎵控製芯片、國産氮化鎵功率器件、以及國産快充協議芯片開髮併正式量産的産品。三大核心芯片分彆來自南芯半導體、英諾賽科和智融科技。

充電頭網進一步瞭解到,瑞亨65W 1A1C氮化鎵快充充電器內置的三顆核心芯片分彆爲南芯的主控芯片SC3021A、英諾賽科氮化鎵功率器件INN650D02,以及智融二次降壓+協議識彆芯片SW3516H。

該充電器支持100-240V~ 50/60Hz輸入和雙口快充輸齣,配備最大輸齣65W的USB-C接口,以及最大30W輸齣的USB-A接口。

瑞亨65W 1A1C氮化鎵快充整機尺寸約爲53*53*28mm,功率密度可達0.83W/mm³,與 蘋果61W充電器修昂相比,體積約縮小瞭三分之一。

ChargerLAB POWER-Z KT001測得該充電器的USB-A口支持Apple2.4A、Samsung5V2A、QC3.0、QC2.0、AFC、FCP、SCP、PE等協議。

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

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

四、氮化鎵快充三大核心芯片自主可控

南芯總部位於上海。南芯SC3021A滿足各類高頻QR快充需求,採用專有的GaN直驅設計,省去外置驅動器或者分立驅動器件;集成分段式供電模式,單繞組供電,無需複雜的供電電路;內置高壓啟動及交流輸入Brown In/Out功能,集成瞭X-cap放電功能;SC3021A最高支持170KHz工作頻率,適用於繞線式變壓器,SC3021B最高支持260KHz工作頻率,適用於平麵變壓器。



初級側氮化鎵開關管來自英諾賽科,型號INN650D02 ,耐壓650V,導阻低至0.2Ω,符閤JEDEC標準的工業應用要求,這是整箇産品的核心元器件。

INN650D02 “InnoGaN”開關管高頻特性好,且導通電阻小,適閤高頻高效的開關電源應用,採用DFN8*8封裝,具備超低熱阻,散熱性能好,適閤高功率密度的開關電源應用。

英諾賽科總部在珠海,在珠海、蘇州均有生産基地。據瞭解,INN650D02 “InnoGaN”開關管基於業界領先的8英寸生産加工工藝,是目前市麵上最先量産的先進製程氮化鎵功率器件,這項技術的大規模商用將推動氮化鎵快充的快速普及。


目前,英諾賽科已經在蘇州建成瞭全球最大的集研髮、設計、外延生産、芯片製造、測試等於一體的第三代半導體全産業鏈研髮生産平颱,滿産後將實現月産8英寸硅基氮化鎵晶圓65000片,産品將爲5G移動通信、數據中心、新能源汽車、無人駕駛、手機快充等戰略新興産業的自主創新髮展提供核心電子元器件。

英諾賽科InnoGaN繫列氮化鎵芯片已經開始在消費類電源市場大批量齣貨,成功進入瞭努比亞、魅族、Lapo、MOMAX、ROCK、飛頻等衆多知名品牌快充供應鏈,併且均得到良好的市場反饋,成爲全球GaN功率器件齣貨量最大的企業之一。

智融總部位於珠海。智融SW3516H是一款高集成度的多快充協議雙口充電芯片,支持A+C口任意口快充輸齣,支持雙口獨立限流。

其集成瞭 5A 高效率衕步降壓變換器,支持 PPS、PD、QC、AFC、FCP、SCP、PE、SFCP、低壓直充等多種快充協議,CC/CV 模式,以及雙口管理邏輯。

外圍隻需少量的器件,卽可組成完整的高性能多快充協議雙口充電解決方案。


五、行業意義

在快充電源的更新迭代中,氮化鎵功率器件憑藉其高頻低阻、高導熱、耐高溫等特性,越來越被行業關註,併逐漸成爲瞭消費類電源市場的全新髮展方曏。

氮化鎵快充三大核心芯片全麵國産,一方麵是在當前中美貿易摩擦的大背景下,避免關鍵技術被掐脖子;另一方麵,國産半導體廠商可以充分髮揮本土企業的優勢,進一步降低氮化鎵快充的成本,併推動高密度快充電源的普及。在未來的市場爭奪戰中,全國産的氮化鎵快充方案也將成爲頗具實力的選手。

相信在不久之後,氮化鎵快充産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願景也將成爲可能。



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