除了氮化镓，快充威廉希尔官方网站 还须关注哪些领域

硅材料制作的功率器件，也被称为第一代半导体，而砷化镓（GaAs）等材料制作的功率器件，则被成为第二代半导体，第二代半导体在高频性能上优于硅器件，通常用于射频应用。

氮化镓 (GaN) 或碳化硅 (SiC) 器件也被成为第三代半导体，其禁带宽度约是硅器件的3倍，击穿场强约是硅器件的10倍，因而具有更高的耐压能力以及更低的导通压降，转换效率高，也更适应高温工作环境。与硅材料和SiC相比，GaN材料电子饱和漂移速率更高，适合高频率应用场景，因而在电力电子应用中，GaN器件可以在MHz以上频率工作，大大减小了对外围电路中电感器件的要求，从而可以成倍减少设备体积，减少铜等高成本原材料的用量，在开关电源应用上，明显优于硅器件。

虽然一直很受关注，但“第三代半导体”威廉希尔官方网站 长期处于概念领先于市场的状况：威廉希尔官方网站 有优势，性能很好，却受限于成本和应用场景，只能在工业、汽车电子和通信等专用市场小规模使用。

直到快充威廉希尔官方网站 开始采用氮化镓，第三代半导体才真正出圈，跨入大众可以接触到的消费电子市场。

据市场研究机构集邦科技 (TrendForce) 预测，2025年GaN市场规模将达8.5亿美元，2020-2025年复合成长率 (CAGR) 将高达78%。其中，GaN前三大应用占比分别为消费性电子 (占比60%) 、新能源汽车 (占比20%) 、通讯及数据中心 (占比15%) 。在GaN功率管价格不断下降 (目前已逼近约1美元) 及威廉希尔官方网站 方案愈趋成熟的背景下，预计2025年GaN在快充领域的市场渗透率将达到52%。

从终端行业数据显示，2019年采用了GaN威廉希尔官方网站 的快速充电器出货量约为300万台，2020年增长五倍，总体出货约1500万台，2021年出货量约为5000万台，与集邦科技的数据大致吻合。因为快充系统需要在手机等设备侧和充电器侧各一颗GaN芯片，所以快充将成为第三代半导体首个过亿出货量的细分市场。

从五福一安到突破100瓦，快充威廉希尔官方网站 普及为什么需要GaN？

在快充威廉希尔官方网站 普及前，手机充电器标配功率为5W，即充电电压5V，充电电流可以达到1A，因此被戏称为“五福一安”，其中苹果手机标配充电器多年都采用这个标准。

由于现在智能手机电池容量常在4000mAh左右，5W充电器需要至少充四五个小时才够用，如此慢的充电速度不能满足用户对手机日常使用充电时间的要求。

快速充电的需求催生了快充威廉希尔官方网站 ，USB标准组织在2010年推出USB BC1.2充电标准，将充电电流提升至1.5A，从而充电功率达到7.5W，但这之后直到2016年USB电源传输协议USB PD推出之前，USB标准组织再未对USB充电协议进行改进。

USB标准组织不作为，商业公司就揽起了责任，美国高通公司在2013年发布QC1.0威廉希尔官方网站 ，标志着快充威廉希尔官方网站 正式落地。QC1.0威廉希尔官方网站 将充电电流提升至2A，充电电压维持在5V，因而最高充电功率高达10W。

高通QC1.0威廉希尔官方网站 是以提升充电电流的方式来提升充电功率。但由于当时的线材限制，Micro USB 2.0数据线可承载的电流上限为2A，因而高通后续快充协议版本改为提升电压。QC2.0协议将电压由5V改为5V/9V/12V可选，QC3.0将5V到12V之间调节步进设为0.2V，可以设置更灵活的充电电压，并通过支持双通道充电的方式来突破线材2A电流限制，充电功率高达36W。2017年推出的QC4.0兼容USB PD协议，而UCB PD协议推出与USB Type C接口普及，让充电线材突破了2A限制，因而QC4.0支持的功率可高达100W (20V x 5A0) 。2020年推出的QC5.0，充电功率上限则超过100W。

除了高通，中国手机厂商在快充威廉希尔官方网站 发展上也功不可没，甚至比高通的作用还要大。而且，中国手机厂商一开始就选择了不同于高通的路线：低电压大电流。高通主导的高电压小电流模式，对充电线材要求低且兼容性好，但存在充电易发热和效率低的弊端，为安全起见，通常充电器会将输出功率限制在20W以下。

低电压大电流模式需要对线材有要求，而且需要改造接口，但好处是充电发热情况良好，效率高，而且可以突破20W限制。2014年，OPPO发布VOOC闪充威廉希尔官方网站 并搭载于Find 7商用，首次将手机充电功率提升22.5W（5V x 4.5A）。此后，其他中国手机厂商快速跟进，快速充电成为中高端手机产品的标配。

虽然2014年量产的快速充电器功率超过了20W，但在2019年之前，主流手机快充功率一般不超过60W，主要原因之一即用传统硅功率器件实现大功率便携式充电器成本高、体积大，效率也差强人意。变化始于2018年，该年10月份Anker发布了GaN便携充电器，将GaN正式引入了消费电子领域。这款充电器支持PD快充协议，提供高达27W的输出功率，但是仅比iPhone原装的5W充电器稍大，可以为任天堂Switch或MacBook Pro充电。此后，OPPO发布GaN充电器SuperVOOC 2.0，充电功率为65W，这标志着GaN正式进入出货量规模巨大的手机市场。

与传统硅材料相比，基于GaN材料能制造出具有超低导通电阻、高击穿电压、高功率、高开关频率和尺寸小的功率半导体器件，使得基于GaN的器件能够具有更高的能量密度与工作温度，更适合高电压、大电流的工作场景，而且因为GaN器件开关速度更快、导通电阻小，因而能效比更高。

使用GaN功率器件制作的充电器，外形尺寸可以比传统的硅基充电器减少30-50％，而整体系统效率可高达95％以上，这意味着在相同尺寸和相同输出功率的情况下，充电器外壳温度将比传统充电器更低。此外，因为GaN更耐高温，充电器可以使用较小的变压器和较小的机械散热器，因此整体重量可减少15-30％。

GaN器件引入到手机充电器中，突破了用硅基器件开发大功率充电器时遇到的效率、散热和体积等限制，因而手机厂商纷纷跟进，并开始功率竞赛，65W几乎成为高端手机底线，量产快速充电器功率很快突破100W，有些厂商开始推出120W甚至200W的充电器。

要快还要安全

锂电池特性活跃，容易起火或爆炸，大功率充电时，自然引发用户对安全的关注。虽然与传统硅器件相比，GaN功率管耐高温、散热性好，因而安全性更高，适合高功率应用场景，但快充的安全性限制，并不在GaN功率管这边。快充的安全风险主要在于电池本身与大功率充电线路上，工程师应该在充电器及手机内部快充模块做好过压、过流与过温保护。

例如，由于锂电池对温度非常敏感，高温将会导致锂电池起火或爆炸，因而大功率充电时，为了保证电池安全，通常需要监测充电模块和电池的温度，有些厂商在支持超100W快充的手机中配备十来颗温度传感器，以实时监测充电情况，确保手机在充电时温度不超过40℃，而充电器内也有一到两颗温度传感器，通过数据线将充电器温度实时传递给手机，手机根据充电器温度来实时控制充电功率，以免充电器过热。

对于电池及快速充电模块的保护作用，主要看主控芯片。当前国内外厂商在GaN驱动主控芯片上都开发出很多优秀的产品。

下面以市场上常见的几款产品来看一下各自特点与保护功能。

01 onsemi - NCP1342

贸泽电子在售的来自制造商onsemi (安森美) NCP1342，这是一款被多家设备厂商采用的快充主控芯片，可简化高性能离线电源转换器的设计。

NCP1342具有集成的有源X2电容器放电功能，可以实现低于30 mW的空载功耗。NCP1342具有专属的谷锁闭电路，确保稳定的谷开关。此系统可在低至第6个谷的情况下运行，并转换为频率折回模式以降低开关损耗。随着负载进一步降低，NCP1342进入静音跳过模式来管理功率传递，同时大幅减小噪音。

为了确保高频率设计的轻负载性能，NCP1342结合了MPCM以快速降低开关频率。为了帮助确保转换器耐用性，NCP1342实施了若干关键保护功能，如内部欠电压检测、在任何输入电压下保证恒定Pmax的非功耗过功率保护 (OPP) 、通过专门引脚实现的锁存过电压和NTC就绪高温保护，以及线路去除检测，可在去除交流线路时对 X2 电容器进行安全放电。

02 onsemi - NCP13992

安森美另一款也在贸泽电子有售的NCP13992，是一款电流模式谐振控制器，其内置600V门极驱动器，简化布局，减少了外部部件数量。在需要PFC前级的应用中，NCP13992可输出驱动信号控制PFC控制器，此功能结合专门的无噪声跳过模式威廉希尔官方网站 进一步提高了整个应用的轻负载能效。

NCP13992提供了一整套保护功能，可实现在任何应用中的安全运行。其中包括：过载保护、防止硬开关周期的过电流保护、欠电压检测、开路光耦合器检测、自动停滞时间调节、过电压（OVP）和高温（OTP）保护。因此，此器件可用于笔记本适配器、液晶电视、大功率适配器、电脑电源、工业及医疗应用和照明应用。

03 NXP - TEA2016AAT

贸泽电子在售的来自制造商NXP，TEA2016AAT是市场上另一款流行主控芯片。TEA2016AAT是一款面向高效谐振电源的数字可配置LLC和PFC组合控制器，同时集成了LLC控制器功能以及DCM和QR模式下工作的PFC控制器。借助TEA2016AAT可以构建出完整的谐振电源，不仅设计简单，所需组件数也很少。

TEA2016AAT采用数字架构，基于高速数字内核控制器，在开发过程中可调节LLC和PFC控制器的工作和保护设置，并根据设置值运行，为获得高度可靠的实时性能提供了保障。

TEA2016AAT集成X电容放电，正常输出信号指示。芯片采用谷底/零电压开关以减小开关损耗，全负载范围内都保持高转换效率，并且符合新的节能标准，空载输入功率＜75mW。同时TEA2016AAT还具有完整全面的保护功能，包括电源欠压保护，过功率保护，内部和外部过热保护，精确的过压保护，过流保护和浪涌保护等保护功能。

04 Power Integrations - INN3379C

贸泽电子在售的来自制造商PI（Power Integrations）的INN3379C则是高集成度代表。

INN3379C采用PowiGaN威廉希尔官方网站 ，内置PWM控制器、高压MOS、同步整流控制器等，集成度非常高，并且采用数字总线控制调压。PowiGaN是PI公司的氮化镓威廉希尔官方网站 ，将氮化镓功率器件合封于主控芯片中，实现将控制器、驱动器、GaN开关、保护和SR控制全部集成于一体，基于PowiGaN的IC在整个负载范围内的效率高达95％，封闭式适配器不需散热片就可实现高达100W输出功率。在提升产品效率、保障稳定性的同时，PowiGaN也大大降低了设备厂商应用的门槛。

总结

快速充电威廉希尔官方网站 无疑大幅改善了手机续航体验，但手机厂商在充电功率上的“军事竞赛”也带来对保护电路和安全措施的更高要求，只有确保电源安全，提升充电功率才有意义，而充电器主控芯片，是决定一款充电器是否安全易用的关键。

审核编辑：郭婷