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氮化镓材料应用 快充充电功率得以大幅提升
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氮化镓材料应用 快充充电功率得以大幅提升

2021-02-26 09:54:35 来源:半导体器件应用网 点击:126215

【哔哥哔特导读】随着快充与无线充技术的提升,其消费产品在市场中不断推新,得益于更优的材料应用和技术改进,且有更大功率的产品持续出现在消费者的视野中。可见,近几年的快充与无线充市场热度只增不减,那么进一步的市场状况又是如何?

5G和物联网时代,手机需要在单位时间内处理更多的数据,使得手机功耗增加,由此,手机续航能力问题面临挑战。另外,其他智能消费类电子产品对充电速度的需求也日益加剧。为应对5G和物联网时代带来的一系列消费类电子的电池续航问题,特别是智能手机,快充与无线充电技术随之应运而生,并且在近几年中得到了持续改进。

2020年疫情之后,快充与无线充市场需求加速

2020年,快充与无线充的相关产品有了飞速的发展。在快充领域,快充功率成倍提升,已经有几款120W手机产品上市。充电时间有了大幅的提升,从原本的40分钟左右提升到15分钟左右,后续会有更多的120W及以上大功率产品出现。自去年苹果、三星等手机厂商不标配充电器后,20W PD快充开始在市面上活跃起来,华为、小米和OPPO等手机品牌不断更新迭代各自的快充产品,PD快充用量持续激增,特别是45W、65W,甚至100W等中大功率快充产品逐渐走进消费者的视野。

同时,受到疫情与市场需求的影响,无线充的产品也是层出不穷,TWS蓝牙耳机、电动牙刷、电子智能手表等产品的充电设备中都可以看到无线充电的身影,而且充电功率越做越大,可实现快速充电。

努比亚技术有限公司硬件部硬件开发工程师夏传芳表示,无线充电在2020年出现了两个方向。一是国内手机厂商为主的充电功率提升,从40W到50W,乃至65W/80W都已经出现;第二是苹果iPhone12系列出现的磁吸式无线充电,在使用便利性上有了很大的提升。这两大方向后续都会形成一种趋势。

不可否认,近两年来快充与无线充电技术的冲击,让充电器的市场一下子火爆起来。特别是在2020年下半年之后,快充和无线充市场开始走向持续快速上涨的过程。

快充与无线充厂商积极做出产品布局

虽然过去市面上的快充与无线充主要以欧美产品为主,但由于去年市场的预热,以及前瞻性的投入,很多厂商基本上陆续进入快充与无线充市场,并做出了相应的产品布局。

氮化镓材料应用 快充充电功率得以大幅提升

部分快充与无线充厂商产品布局统计表(不完全统计)

记者了解到,合泰半导体目前有研发移动电源快充、PD快充、三星苹果快充以及中功率无线充电相关产品方案。移动电源产品方案支持两路TYPE-C DC/DC输入输出,可自动识别充电设备快充、慢充以及充电接入,可拓展2路USB口5V/2A输出,同時具有OVP、LVP和OCP等多重安全保证机制,可兼容市面上多数移动电源的产品需求。无线充电产品方案有BPP、EPP、三星苹果快充协议充电座以及不同功率无线充电接收器,兼容Qi认证协议,方案可灵活拓展不同产品应用,实现产品功能升级和便携性使用。

必易目前也在快速布局快充领域的产品,而且产品线非常齐全,包括产品的功率等级和产品的规格。必易在2020年2月份发布了60W的充电器解决方案后,布局了所有的功率方案,甚至研发100W以上的快充产品以及氮化镓应用,并计划今年推出。

值得一提的是,必易最近在研发KP223xx+KP41262系列产品,专门做18W到30W之间的快充产品,该系列采用了创新设计的ASOP6封装,不同功率规格都是p2p引脚兼容,而且它因为独特的封装工艺使得散热温度控制比较好,不需要用氮化镓,就能够帮助客户真正把充电器做得非常的小巧。必易在努比亚22.5W方糖快充充电器也是用了这种解决方案。另外一个系列是220×,加上PP4050,生产出30W、45W和65W中大功率产品。目前这两个系列产品比较具有特点,而且在行业里已取得很多量产的客户支持。

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必易KP22308+KP41262产品Demo

作为快充行业的领导者,英集芯快充产品分布广而且在同一个应用领域有多芯片覆盖,实现了贴近的客户设计需求。例如,在协议接口类,以高可靠性,高集成度,高兼容性著称;在DC/DC快充类,(免路径mos取得PD认证专利技术),优化系统提升效率;在移动电源类,高度系统集成,多协议兼容,内置无线充TX/RX,Easy design;在无线快充,实现15W/10W和便携设备的兼容,SOC设计架构更精简。

另外,努比亚在快充领域上深耕多年,已经发布有多款快充产品。去年的红魔5实现单电芯55W充电,搭配风冷涡旋散热技术,实现快速充电低发热。即将发布的产品在充电功率上也会有成倍的提升,同时会搭配氮化镓、纳米风扇、大面积VC散热板等一系列黑科技,实现更极速的充电。

夏传芳告诉记者,努比亚目前手机重心在游戏手机上,已上市的产品暂未标配无线充电功能。不过公司已经在无线充电中投入研究多年,并且在无线快充和磁吸式无线充电中都有比较深入的研发。

快充领域的重要材料——氮化镓

目前市场已推出多种快充技术方案。其中PD方案的出现,助力推动了快充产品的普及。在快速充电器中,变压器为最重要元件,而氮化镓则是不容忽视的重要材料。

氮化镓作为第三代半导体材料,凭着生产出来的产品能耗低,充电效率高,体积小、轻便等优势在快充电源市场的比重越来越高,尤其在大功率电源的应用上有着不错的口碑。目前,快充领域的厂商也在积极布局响应相关市场。合泰半导体有限公司子公司芯电电子负责人郭玉森表示,从去年开始,合泰半导体对氮化镓充电器产品的市场进行了调查和考量,目前正在进行相关产品布局。

展望氮化镓在快充方案的的未来走势,必易微电子股份有限公司电源事业部营销总经理唐若愚认为,在功率较小的情况下,变压器的大小区别并不明显。如果40W以上的中大功率快充产品应用氮化镓,能把变压器做得很小,更能够体现到明显的优势。未来两年内,随着氮化镓把40W以上的充电器做小,大功率快充产品有可能走进千家万户。

从成本曲线来讲,目前的整个氮化镓产品方案相较于传统方案成本较高。唐若愚表示:“理论上讲,氮化镓本身的量加上工艺迭代,其成本的边际会越来越接近。当器件成本差距缩小,大家用它时,就不会有所顾虑。另外,如果配套的器件设计逐渐成熟和规模化,那么周边的器件成本在未来2~3年内也会逐步降下来。当它和整个解决方案的差距到了一个固定值内,市场就会迎来一个爆发点。”

陕西亚成微电子股份有限公司总经理助理刘建宣表示,随着行业大规模商用,氮化镓生产成本有望迅速下降,进一步刺激氮化镓器件渗透,有望成为消费电子领域下一个杀手级应用,氮化镓充电器或成为手机标配。国内氮化镓产业链加紧布局,迎来成长机遇。

另外,英集芯科技有限公司市场总监彭峰告诉记者:“氮化镓带来了小型化设计实现方案,极大地改善了用户体验。我们一直与行业头部企业紧密配合,分享着新技术带来的红利,同时在2021年将带来新的架构设计,会大幅简化氮化镓多口设计。”

苹果全新推出的磁吸无线充电,另成焦点

无线充电是通过采用碎片化充电以提升充电的效率。2020年10月,苹果在推出iPhone 12的同时,也带来了全新的MagSafe磁吸无线充电。这也是自iPhone 8开始支持无线充电到现在首次更新无线充电的交互方式,并推出了第一款磁吸无线充电器。

苹果MagSafe无线磁吸充电技术成为2020年讨论的热点话题,也是近期无线充电产品中的一个亮点。在无线充电业内,苹果公司发布的无线充电产品都可以推动无线充市场的发展,自苹果第一代AirPower宣告终结后,又一更新迭代的产品攻克了前一代产品遇到的一些问题,加大产品的可用性,这无疑又能掀起一场磁吸无线充电市场的风波。

氮化镓材料应用 快充充电功率得以大幅提升

据此前报道,苹果这些年一直在探索真正的无线化、无端口化的设计,实现整体机身无打孔。另外,有消息称在充电接口方面也会消失,有传言称明年(2022年)的新iPhone将全面普及无线充电。

从苹果今年发布的MagSafe磁吸设备来看,苹果取消充电口还是具有很大的可能性。如果未来手机厂商进行相继跟进,无线充电设备将会有一个非常大的市场。

另外,无线充电对线圈的需求也将拉动绕线机需求。目前无线充电技术日趋完善,体验不断升级,预期未来的渗透率有望上升。对于无线充电的整体方案,其中包括重要的五大部分:电源芯片、方案设计、磁性材料、传输线圈和模组制造。

郭玉森分析表示,MagSafe磁吸无线充电器攻克了前代AirPower充电器几个问题,第一是使用磁吸可以使发射和接收线圈位置对的更准,这样使充电效率更高;第二,磁吸可以吸附在手机上,用户可以拿在手上操作而可以继续充电,比普通无线充电器的实用性要好;第三,MagSafe可以兼容市面上PD 20W适配器,同样能够实现15W快充。但不足的是,不能攻克充电发热过大的问题。在15W充电时,若温度过高,充电器会停止供电,等待降温后再继续供电,这样在充电时间方面无疑是扣分选项。

郭玉森还告诉记者,目前各家手机无线充电私有协议逐渐增多,私有协议不对外开放,增大产品开发难度,只能做标准BPP&EPP产品。

取消充电器配送的背后市场

当下,苹果、三星和小米等手机厂商相继取消充电器配送,官方宣称是为了环保。用户不用买一部手机就有一个适配器,多余的充电器会造成资源的浪费和增加成本。如果后续有更多的厂商跟随该策略,将进一步刺激快充充电器和无线充电设备的消费。

郭玉森对此表示,从业界来看,这蕴藏着苹果未来会慢慢兼容PD快充的协议,实现快充一体化,更好的迎合市场。取消赠送适配器会在一定时间内引爆市场,随着市场饱和,该市场也将降温。

唐若愚则认为,虽然苹果、三星等手机厂商取消了充电器配送,但真正从充电器本身来讲,最大的市场还是原来配送的。从个数的指数来讲,市场肯定是萎缩的,然而对于中国厂商则是机会。由于早期,苹果、三星的原装充电器大多是在海外、台湾等一些非常小众核心的厂商生产,大陆厂商基本挤不进去。现在苹果、三星等手机厂商不配送充电器以后,变成真正的电商市场,这恰好是国产玩家群体的土壤。如果这些商家能够承接这块的用量,电商市场反而增加了,而且增加得不少,但从中长期来看,是个利空。

彭峰表示,苹果、三星、小米取消充电器的配送,对市场是极大的利好, 开启了消费者购买充电器的流量,进一步提升了市场需求。

2021年,快充和无线充市场将快速启动

由于近期的芯片涨价缺货潮,部分厂商可能有些超过需求的泡沫订单,但快充是个海量的消费市场,而且尚未饱和。如果供应情况持续比较紧张,那么它还是一个快跑的市场,谁有产品,谁能取胜;如果供应趋缓,肯定会迎来一些价格厮杀。据业内人士预测,2021年基本上是个快速成长的启动年,增速至少持续2~3年。这不管是对于客户充电器的制造商,还是原厂友商,都是布局的关键时候。

相关数据显示,2020年氮化镓快充芯片全球出货量已超1500万颗,并预计2021年出货量有望达1亿颗。不难预测,随着氮化镓快充市场的爆发,相关厂商的大功率类快充业务将同步迎来高增长。

不可否认,快充和无线充市场的发展是未来的一种趋势,也是充电技术更新过渡的一架桥梁。对此,合泰半导体就明确表示,在不断地投入产品开发和技术储备,保持原有的产品方案上,将更新下一代大功率快充和无线充电产品来迎合市场,从其他新出的产品中取长补短,逐步完善技术的欠缺,特別是在PD快充技术上要有所突破,有望介入下一波的快充和无线充技术浪潮。

随着快充与无线充大幅改善用户体验,同时弥补5G带来手机续航能力下降的痛点。2021年,快充与无线充技术将会进一步突破发展。相信这两种充电技术在不久的将来可以快速并完全占据整个充电市场,迸发出巨大的市场潜力。

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