在快节奏的社会当中，“快”自然也成为了消费者选择产品的标准。面对“出门手机就没电”的“定律”，越来越快的充电效率也成为了消费者的追求。

从5W到240W，如今，“充电五分钟，通话两小时”已不再望尘莫及。根据“观研天下”数据，2022 年全球快充充电器市场规模达到 27.43 亿美元，占有线充电器市场的 24.00%。快充，正在以极快的速度占据有线充电市场。

本期《市场解读》，我们邀请了海光电子技术部总监吴新胜、经纬达副总经理汪洪伟、德珑磁电销售负责人张相阳一起探讨快充充电器未来的发展趋势，以及第三代半导体对电感变压器带来的影响。

GaN成快充充电器“宠儿”

在充电容量提升和充电速率加快中选择，脱颖而出的为什么是快充?

因为受限于电池本身物理特性及电子设备机身大小等因素的限制，电池容量短期内难以迅速提升，提高充电效率便成为解决续航性能的不二途径。

而在各式各样的快充充电器之中，“GaN”这三个字近日越来越遭遇到消费者的青睐。GaN快充充电器是一种基于GaN功率器件的新型快充充电器，GaN功率器件可以实现更高的功率密度和转换效率，从而缩小充电器的体积和重量，并提高充电速度和安全性。

记者了解到，自2018年ANKER发布了全球首款USB PD GaN充电器PowerPort Atom PD1以来，GaN目前已经在高端充电器上全面铺开。相关数据显示，GaN快充充电器渗透率从2021年的20%上升到今年的40%左右。从市场规模上看，2022年中国GaN充电器市场规模达到21.3亿元，同比增长215%。

即便按照目前市场上的“内卷”程度，GaN快充充电器仍有很大的发展空间。

据《磁性元件与电源》记者不完全统计，截至目前，已有超百家电源厂商推出了GaN快充充电器产品，输出功率范围覆盖30W到上百W。

记者从多方了解到，65W为目前市场上最为普及的GaN快充充电器功率，甚至已成为中高档手机充电的入门级标配。

从近两年各电源厂商发布的新品来看，GaN快充充电器的主流功率已上升至80W-120W，最高功率可达240W。例如，今年二月份realme发布的机型，其原装充电器号称手机闪充进入读秒时代，该手机能实现240W的满级秒充，做到“充电 30 秒，通话两小时”。要知道，2021年，USB-IF协会公布了全新的USB-C标准，才将最大充电功率从100W增加到了240W，这已经是目前为快充充电器产品输出功率设置的最高上限。

快充充电器 图源：Realme官网

电感变压器难题何在?

俗语云“牵一发而动全身”，GaN的出现，也影响着电感变压器等充电器中元器件的应用。通常来讲，充电器输出功率的增加，充电器的体积也要相应扩大。然而，目前我们看到的是，快充充电器比我们设想的要小、要薄。

这是因为与普通半导体的硅材料相比，GaN的带隙更宽且导热好，能够匹配体积更小的变压器和大功率电感。尤其是变压器，它的形状很大程度上决定了充电器外观的设计。

海光电子技术部总监吴新胜向记者介绍道，快充充电器就是一个小型开关电源(充电器)，一般是LLC和反激拓扑，磁元件包括主变压器、共模电感、差模电感各1个，还有功率电感。

由于需要契合快充充电器轻薄的特点，高功率密度、易散热的平板变压器也被广泛应用于快充充电器当中。此外，由于平板变压器是由PCB板制造，因此它也可以起到电路板的作用，焊接元件，增大PCB可用面积。

不过，随着功率的不断提升，电感变压器不仅仅停留在种类的选择上。“内置GaN芯片的使用，快充充电器拥有小体积、高性能、协议多、节能高达40%等的特点，对电感变压器的集成要求越来越高，甚至为了集成把电子元器件也集成到变压器上来改变成品的体积和生产的自动化效率。所以今后快充充电器对扁平变压器的集成使用会越来越广，对电感变压器厂家的自动化要求会越来越高，将来变压器将通过不同路径与电子元器件集成，也会给电感变压器厂家带来新的挑战。”吴新胜表示。

目前，海光电子已经大批量供货给华为44W/66W快充充电器用变压器，并在产品自动化上加大研发投入，已经拥有两条全自动生产的产线。

此外，由GaN带来的高频难题也是对快充充电器中电感变压器的考验。

作为行业内已经大范围为快充充电器厂商提供变压器产品的企业，经纬达所生产的平板变压器已广泛用于快充充电器，功率范围涵盖65W到150W。客户包括oppo、vivo、荣耀、华为四家等手机厂商和奥海、赛尔康等电源厂商，年产值在2亿左右。对于GaN应用到快充后续带来的变化，经纬达副总经理汪洪伟表示：“电感变压器没有太明显的本质上的区别，但高频化之后，电感变压器对应的也要去解决器件的涡流损耗，也就是我们通常说的铁损。”

吴新胜也表示，目前GaN快充充电器的工作频率300KHz，随着快充充电器开关频率的提高和尺寸变小，对变压器磁芯的选型非常重要。

此前，vivo电源专家李达寰在Big-Bit举办的电子峰会中就谈到，“磁性材料是高频方案解决的瓶颈”。根据记者的了解，目前有电感变压器企业也正在往高频方向研发，希望能够提供更好的解决方案。可以预见的是，随着GaN等第三代半导体的应用，高频将成为电感变压器厂商未来普遍关注的焦点。

除却技术问题之外，成本是GaN快充充电器推广的另一大难题。吴新胜指出，GaN方案的缺点就是成本高，即整体的成本比常规硅功率器件方案要高。

不过，单从磁元件的成本来看，德珑销售负责人张相阳则表示，由于快充中扁线类、平板变压器的应用较多，一旦实现自动化和规模化，成本就会下降，估计10%左右。

而随着GaN快充充电器的普及，价格站一旦打响之后，若GaN快充充电器整体成本保持不变，如何争取更大的利润空间也值得电感变压器厂商去思考。

统一是大势所趋?

值得一提的是，无论是GaN的应用还是iPhone的充电接口改为Type-C接口，环保都将是其未来发展趋势的考量因素，而这就要考虑到兼容性的问题上。

目前，市场的快充协议众多，各个手机品牌快充之间互不相容，协议互不开放。具体来看，行业按照通用性将快充协议分为“共有快充协议”和“私有快充协议”，各种协议所采用的快充技术手段也不尽相同。公有协议包括USB-IF协会的USB-PD(Power Delivery)、高通的QC协议(Qualcomm Quick Charge)、联发科的PE协议(Pump Express)。近年来。各手机厂商均推出了自家的私有协议。其中便有OPPO的VOOC闪充、华为的FCP(Fast Charger Protocol)和SCP(Super Charge Protocol)等。

尽管看似每种协议都能实现快充功能，且一种充电器也能兼容不同的协议，但要实现更快的充电速度，同一品牌的手机和充电器显然更容易实现，如上文提到的realme的240W快充充电器，就仅支持65W通用PD快充。

近几年关于充电协议的统一，虽然外界猜测不断，但所谓的最终协议统一仍然艰难。在2021年12月，由信通院、华为、vivo、小米、OPPO牵头，联合多家终端、芯片企业和产业界伙伴共同完成融合快充协议——UFCS。该协议也在不断推进当中，支持功率也有所提升，但要与私有协议达到“旗鼓相当”的效果，还得看后续各厂商的协商情况。

协议上的统一暂且还未得出具体答案，但就目前市面上层出不断的新品来看，越来越多的接口也是另一种程度上的“统一”。由于支持的功率范围扩大，除了智能手机之外，还有很多其他的电子设备也可以使用快充技术，如平板电脑、笔记本电脑、耳机、手表等。这些设备可以通过USB-C接口或无线充电方式实现快速充电，提高用户的便利性和效率。

在采访过程中，上述厂商代表均提到了兼容性、多接口的趋势。张相阳表示，兼容越多、功率越大，对磁元件的频率段、峰值、散热等都会有新的要求。

不过，出于充电器与消费者需求联系紧密的考虑，汪洪伟也表示，若各种协议、技术统一之后，快充充电器的设计和元器件的客制化程度都将得到提高。

“因此，我们要学会柔性生产，这也是经纬达正在努力做的，”汪洪伟说，“从现在快充充电器消费市场上看，一是减少使用，二是厂商不再免费提供，那未来更多的电源厂商会直接销售产品，这意味着再快充充电器的设计上会更加个性化。面对各种各样的需求的时候，对我们来说就要去考虑稳定性的问题，所以柔性设计、柔性生产都会成为新的思路。”

结语

在GaN快充问世的前两年，许多人还处在观望状态，然而再经过两年之后，GaN在快充上的应用已经愈发成熟，并席卷快充市场。GaN等第三代半导体的出现，为各相关领域带来了突破性的进展。伴随其在5G通信基站和消费电子业务的确定性增长，待技术进一步更新之后，GaN将在未来几年内在高功率电源、新能源汽车、数据中心等领域大范围应用。

而从GaN在快充充电器方面的应用情况我们也能窥见其对变压电感变压器的影响，比如高频的技术难题，快充协议统一带来的挑战、后续进行柔性生产的必要性，从而映射到其他正在萌芽的领域当中，希望能为电感变压器企业后续的布局带来一些启示。