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小體積大功率,氮化镓充電器成手機廠商追逐的新焦點

随着多款 100W 快充手機的釋出,氮化镓充電器的熱度再度提升。

7 月 15 日,OPPO 釋出 125W 超級閃充,同時推出三款氮化镓充電器,其中新一代 50W 超閃餅幹充電器機身厚度僅 10mm,格外吸引眼球。

小體積大功率,氮化镓充電器成手機廠商追逐的新焦點
7 月 18 日,一家名為 SHARGE 閃極的創業公司也釋出了一款 100W 氮化镓四口充電器(3C1A),這家公司還獲得了前魅族副總裁李楠的投資。
小體積大功率,氮化镓充電器成手機廠商追逐的新焦點
7 月 25 日,在聯想拯救者手機 Pro 釋出會上,官方公布了一款 90W 超級閃充充電器,同樣采用了氮化镓材料。
小體積大功率,氮化镓充電器成手機廠商追逐的新焦點

更早之前,華為、小米也都推出了各自的 65W 氮化镓充電器。

氮化镓充電器之是以越來越受到手機廠商的推崇,主要因為其擁有小體積、大功率、高功率密度的優點,從目前的市場趨勢來看,氮化镓充電器有望逐漸成為市場的主流配置。

氮化镓好在哪?

随着手機螢幕的增大和處理器性能的增加,對手機本身的電量儲備和充電時間也提出了高要求。如何 “又快又好”成為了手機續航的重要問題。

我們看到,無論是 iQOO 的 120W 快充方案,還是 OPPO 125W 快充方案,都應用到了電荷泵技術,它的原理是通過電容對電荷的積累效應而産生高壓,使電流由低電勢流向高電勢。簡單來說就是在充電的時候使用 “高電壓、大電流”的方式,來提高充電功率。

這時候,充電器的功率也随之增大,尤其是對于大功率的快充充電器,使用傳統的 FET 功率開關無法改變充電器的現狀。但相比矽材料,氮化镓(GaN)是一種極穩定的化合物,它的堅硬性好,熔點高,電離度高,并且可以在高速開關的情況下仍保持高效率水準,能夠應用于更小的元件,應用于充電器時可以有效縮小産品尺寸。

小體積大功率,氮化镓充電器成手機廠商追逐的新焦點

矽(Si)、碳化矽(SiC)和氮化镓(GaN)

相比傳統充電器,它有哪些優勢?

1、充電效率高。氮化镓的帶隙比矽高得多,這意味着它可以随時間傳導更高的電壓。帶隙較大也意味着電流可以比矽更快地流過 GaN 制成的晶片,進而可以更快地進行處理,充電更快。

2、散熱快。氮化镓與前兩代的半導體相比,禁帶寬度大、導熱系數更高。而且可在 200℃以上的高溫下工作,能承載更高的能量密度,可靠性高,能夠将過度充電的可能性最小化。

3、體積小。氮化镓材料本身優異的性能,使得做出來的氮化镓比傳統矽基 IGBT/MOSFET 等晶片面積更小,同時由于更耐高壓,大電流,氮化镓晶片功率密度更大,是以功率密度 / 面積遠超矽基。此外由于使用氮化镓晶片還減少了周邊的其他元件的使用,電容、電感、線圈等被動件比矽基方案少得多,也進一步縮小了體積。

小體積大功率,氮化镓充電器成手機廠商追逐的新焦點

以 OPPO 最新釋出的 50W 超閃餅幹充電器為例,它可以說是将氮化镓技術發揮到了極緻,其三圍是 8.22×3.9×10.5cm,重量約為 60g,整體體積與旺旺仙貝一片的大小相當,是目前體積最小的快充充電器(同等功率下)。

針對傳統變壓器體積問題,50W 超閃餅幹充電器引入氮化镓高頻開關,使變壓器單次儲能需求變小,進而減小變壓器體積。除了采用最新的氮化镓材料外,OPPO 充電頭能做到這麼小的體積,也和脈沖充電方式有關。脈沖充電的優勢在于可以讓擴充卡功率密度更高,體積做到更簡潔更小。

氮化镓充電器價格還不夠親民

氮化镓充電器的價格還不夠親民,目前市面上的 65W 氮化镓充電器,華為售 249 元,努比亞售 169 元,價格最低的小米售價也高達 149 元。昂貴的原材料是導緻消費級氮化镓充電器價格高昂。

氮化镓作為新型第三代化合物,合成環境要求很高,從制造技術上講,氮化镓沒有液态,不能使用單晶矽的傳統直拉法拉出單晶,純靠氣體反應合成,在氨氣流中超過 1000 度加熱金屬镓半小時才能形成粉末狀氮化镓,是以氮化镓充電器的成本更高,對應市面上的氮化镓充電器售價也比傳統充電器高出一截。這也側面說明了為什麼目前手機廠商推出的氮化镓充電器都需要使用者單獨購買。

不過,從行業趨勢來看,高功率小尺寸的充電頭是未來主流趨勢,而氮化镓元器件由于擁有高充電效率,能量損失小,發熱低,體積小等特點,已經成為手機廠商追逐的新風口。

據産業鍊調研了解,全球手機龍頭廠商如蘋果、華為、三星、OPPO、小米等都在布局 GaN 技術,相關産品短期内将迎來一波上市潮。随着氮化镓充電器的廣泛應用,價格有望進一步降低,當然更多消費者希望氮化镓充電器可以成為未來手機的标配。