電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在短短幾年間，GaN材料就與“快充”這個(gè)詞緊密關(guān)聯(lián)了起來。在快充需求下，GaN已經(jīng)幾乎在手機(jī)、筆記本等設(shè)備的充電器上實(shí)現(xiàn)普及，從18W到240W的充電器都已經(jīng)用上GaN器件。而更大功率需求的服務(wù)器電源、甚至新能源汽車OBC上也將會(huì)用到GaN器件。

不過最近realme發(fā)布的一款手機(jī)讓人感到好奇，據(jù)稱是全球首發(fā)全鏈路GaN百瓦閃充，還是全球首個(gè)內(nèi)置GaN充電保護(hù)的手機(jī)，在手機(jī)端引進(jìn)了GaN功率器件。確實(shí)，一直以來我們都只在充電器、電源等產(chǎn)品上看到GaN的出現(xiàn)，而手機(jī)廠商對(duì)快充的宣傳，也是針對(duì)充電器的。那么手機(jī)內(nèi)置GaN器件，有必要嗎？這會(huì)成為接下來手機(jī)行業(yè)的趨勢(shì)嗎？

GaN用在手機(jī)上，有什么用？

我們知道，GaN在充電器等應(yīng)用上，主要是通過GaN材料的特性，使得使用GaN材料的功率開關(guān)器件在開關(guān)頻率、開關(guān)損耗、導(dǎo)通損耗等相比硅MOSFET有明顯優(yōu)勢(shì)，在電路設(shè)計(jì)中可以大幅縮小變壓器尺寸，設(shè)計(jì)出更高效、功率密度更高的電源。

而根據(jù)realme副總裁徐起在發(fā)布會(huì)上的介紹，“真我GT2大師探索版是全球首個(gè)內(nèi)置GaN充電保護(hù)的手機(jī)，創(chuàng)新性地將氮化鎵引入手機(jī)端，大大節(jié)省手機(jī)內(nèi)部空間，降低發(fā)熱峰值，實(shí)現(xiàn)了體積降低64%，峰值功率發(fā)熱降低85%。保證手機(jī)在充電過程中更高效，更安全?！?br />
所以GaN引入手機(jī)，似乎同樣起到縮小體積、提高效率（降低發(fā)熱）的作用。從這款手機(jī)支持100W快充、搭載5000mAh電池的情況下，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)身厚度8.17mm、重量?jī)H195g的輕薄效果，或許說明GaN在手機(jī)端上的應(yīng)用是有實(shí)際提升的。

從公開信息了解到，這次被用于手機(jī)內(nèi)的GaN器件是來自國(guó)內(nèi)廠商英諾賽科的BiGaN系列產(chǎn)品之一，此前OPPO就已經(jīng)展示過英諾賽科BiGaN系列產(chǎn)品中的INN40W08開關(guān)器件在其手機(jī)主板上的應(yīng)用。

根據(jù)英諾賽科官網(wǎng)上提供的資料，INN40W08支持雙向開關(guān)，以及超低導(dǎo)通電阻的特性，可以應(yīng)用在高壓負(fù)載開關(guān)電路、智能手機(jī)USB端口的過壓保護(hù)、以及多電源系統(tǒng)中的開關(guān)電路。

過去手機(jī)內(nèi)部的功率開關(guān)器件都采用硅基MOSFET，由于快充的需求，硅基MOSFET在手機(jī)內(nèi)部占用體積較大，同時(shí)較高的阻抗，使其在目前動(dòng)輒60W以上的大功率快充應(yīng)用中，會(huì)導(dǎo)致手機(jī)快充過程中發(fā)熱嚴(yán)重。

與此同時(shí)，快充的功率，其實(shí)在很大程度上受到溫度的限制。目前手機(jī)快充的峰值功率往往只能維持一分鐘左右，因?yàn)闇乜亍踩雀鞣N原因，在到達(dá)峰值功率一段時(shí)間之后就會(huì)呈現(xiàn)功率階梯式下降的趨勢(shì)。那么如果將手機(jī)上的功率開關(guān)器件從Si更換成GaN，可以降低快充過程中的發(fā)熱，也就變相提高快充峰值功率維持的時(shí)間，縮短充電時(shí)間。

據(jù)稱，realme利用一顆BiGaN替代之前的共漏連接的背靠背兩顆NMOS，實(shí)現(xiàn)電池的充電和放電電流的雙向開關(guān)，使相同占板面積下的導(dǎo)通電阻降低50%，溫升降低40%。

GaN器件的應(yīng)用場(chǎng)景或許還有很大開發(fā)潛力

這次OPPO和realme在手機(jī)端應(yīng)用GaN器件，可以稱得上開拓了一個(gè)新的應(yīng)用場(chǎng)景，也似乎在提醒著我們，GaN器件的應(yīng)用場(chǎng)景其實(shí)一直還在挖掘的過程之中。

目前GaN器件主要用在充電器、服務(wù)器、PC電源等，其中消費(fèi)電子領(lǐng)域，比如快充等是GaN近幾年間增長(zhǎng)的最大驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)Yole Développement數(shù)據(jù)，2021全球GaN功率器件市場(chǎng)規(guī)模為1.26億美元，預(yù)計(jì)2021-2027年期間復(fù)合年增長(zhǎng)率為59%，2027年全球市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)20億美元。

目前GaN功率器件最大的應(yīng)用市場(chǎng)是消費(fèi)電子，比如PC電源、手機(jī)充電器等，其次是數(shù)據(jù)中心、5G通信基站電源等應(yīng)用。2021年，GaN功率市場(chǎng)中消費(fèi)電子應(yīng)用占比約為63%，通信基站、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用占比約21%，而工業(yè)和汽車應(yīng)用的占比分別為7%、4%左右。

而汽車市場(chǎng)上，同為第三代半導(dǎo)體的SiC已經(jīng)開始大規(guī)模導(dǎo)入電動(dòng)汽車，但同時(shí)，電動(dòng)汽車也是GaN功率器件未來最具潛力的市場(chǎng)之一。GaN在電動(dòng)汽車上可以應(yīng)用于高壓電池以及低壓電池的保護(hù)、DC-DC轉(zhuǎn)換器、OBC車載充電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等領(lǐng)域。

短期來看，GaN功率器件在11kW、6.6kW、22kW的OBC，以及4kW的DC-DC中，相比于SiC具有非常明顯的成本優(yōu)勢(shì)、系統(tǒng)效率優(yōu)勢(shì)、功率密度優(yōu)勢(shì)。在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)和電池平臺(tái)上，目前中高端車型的趨勢(shì)是800V系統(tǒng)，但由于成本等原因，預(yù)計(jì)2030年全球范圍內(nèi)主流還會(huì)是400V平臺(tái)。而SiC相比于GaN在功率應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)主要在于1200V以上的超高壓，所以在電動(dòng)汽車上，隨著成本、產(chǎn)能等優(yōu)勢(shì)凸顯，GaN功率器件有望在電動(dòng)汽車400V平臺(tái)上得到廣泛應(yīng)用。

實(shí)際上GaN功率器件被大規(guī)模應(yīng)用的歷史，至今也不過五六年時(shí)間。隨著GaN上下游玩家的不斷增加，以及器件本身價(jià)格的持續(xù)下降，未來GaN將持續(xù)取代傳統(tǒng)硅功率器件，并滲透到更多的應(yīng)用領(lǐng)域。