氮化镓(GaN)是下一代半导体材料。它的运行速度比旧的传统硅(Si)技术快二十倍，并且它可以实现三倍高的功率。当用于尖端快速充电器产品时，可以实现远高于现有产品的性能，同样尺寸下输出功率提高3倍。

由于这些性能优势，氮化镓被广泛应用于消费快速充电电源市场。

统计显示，目前已有数十家主流电源厂商开辟氮化镓快充产品线，推出数百款氮化镓快充新品。

可以预见，2021年，氮化镓快充将成为继续引领市场发展的风向标。同时，我们整理了一些很可能在2021年出现的前瞻性发展趋势，与大家分享。

密封已经成为一种趋势

为了在产品上实现更简洁的外围设计，封装氮化镓芯片逐渐成为市场趋势。通过整理，我们知道目前市场上密封的氮化镓芯片可以分为以下四种:

控制器+驱动器+GaN:这种方式以老牌功率芯片品牌PI为代表，PowiGaN芯片受到很多品牌的青睐。基于InSOP-24D封装，推出了密封主控制器、氮化镓功率器件、同步整流控制器等十余款高集成度氮化镓芯片。，并成为密封氮化镓快充芯片领域的领导者。

此外，在本土供应商中，东科半导体率先推出了两款密封氮化镓功率器件的主控芯片DKG045Q和DKG065Q。该芯片集成了650v/200mωE模式GaN HEMT、逻辑控制器、GaN驱动器、高压启动管等。，并采用变频QR控制方式，对应的最大输出功率分别为45W和65W。这两款芯片在节省系统成本和加快产品上市速度方面有很大优势，预计2021年量产。

驱动器+GaN:这种封装的GaN功率芯片主要以纳微半导体为代表，是业内首家推出内置驱动器GaN功率芯片的厂商。凭借其简化的外围设计，获得了工程师和电源厂商的青睐，并在2020年底取得了芯片出货量超过1300万的好成绩。

驱动器+2*GaN:双管半桥产品，封装两个GaN功率器件和驱动器，集成度高于传统GaN功率器件。这类产品可以用于ACF架构和LLC架构氮化镓快充产品，可以实现更简化的外围设计。目前纳微半导体、英飞凌、意法半导体等厂商都在这类密封氮化镓芯片上有布局。

驱动器+保护+GaN:纳微半导体最近推出了新一代GaN功率芯片NV6128，集成了GaN FET、驱动器和逻辑保护器件。保护电路也被添加到GaN器件中。通过集成开关管和逻辑电路，可以获得更低的寄生参数和更短的响应时间。该芯片可以实现高性能的数字输入和功率输出。基于此，电源工程师可以设计更快、更小、更高速的电源。

LLC架构普及

LLC架构属于双管半桥谐振，采用谐振电感、激励电感和谐振电容串联，故名LLC。ZVS软开关技术具有工作频率高、损耗低、效率高、体积小等优点，可以提高充电器的功率密度。

LLC架构谐振运行可以实现全负载范围的软开关，降低开关损耗，是高频高功率密度设计的理想选择，适用于固定电压输出，具有更好的EMI特性。特别是用在多端口输出的大功率快充电源产品中，LLC架构输出固定电压+二次降压实现多端口PD的快充，具有高效率、高功率的特点。

值得一提的是，采用GaN开关元件的LLC架构还能有效降低驱动成本、导通损耗和关断损耗，提高效率和工作频率，进一步提高充电器功率密度。

通过以往近百个氮化镓快充案例的拆解，我们发现在100瓦大功率快充产品中，安森美、恩智浦等品牌的LLC控制器已经得到了广泛的应用。此外，英飞凌、MPS、Silicone、TI等行业级芯片厂商都推出了适用于大功率快充的LLC控制器。

随着快速充电功率的提高和次级同步整流buck变换器的成熟，为LLC架构在快速充电中的应用创造了有利条件。LLC架构在大功率PD快速充电中取代PFC+反激式架构。软开关降低了开关损耗。同时，随着GaN和SiC的第三代半导体元件，工作频率大大提高，可以获得更高的转换效率和功率密度。LLC架构逐渐成为大功率快充市场的新宠，预计2021年全面普及。

更令人兴奋的是，氮化镓快充将在2021年进入数字时代。

苹果推出氮化镓快充

据媒体报道，纳微半导体今年将获得苹果基于GaN技术的快速充电订单，TSMC将为纳微半导体提供GaN芯片。也就是说，2021年苹果将推出基于GaN功率器件的大功率USB PD快充。与目前的硅基充电器相比，该产品体积更小，重量更轻，效率更高。

苹果一直是科技行业的先锋，其产品往往成为行业的风向标。苹果的氮化镓快充这次会给我们带来什么惊喜？从目前已知的信息来看，很难想到具体的产品。但苹果的氮化镓快充一旦推向市场，肯定会给氮化镓现有的上下游生态带来巨大的好处，包括氮化镓功率器件、氮化镓控制器、快充协议芯片、制造工厂等等。

包装创新

追求小体积、高密度一直是氮化镓快充市场的发展趋势。然而，除了依靠氮化镓功率器件的性能来提高产品的功率密度之外，氮化镓功率器件的封装也呈现出不同的形式。目前市场上有纳米QFN 5*6和QFN 6*8封装的小尺寸产品量产，还有因诺琴蒂、GaN Systems等厂商推出的散热性能更好的DFN 8*8封装。

此外，随着众多厂商陆续进入市场，TO-252、TO-220、ThinPak 8*8、QFN 9*9等各种封装形式的氮化镓功率器件也相继进入市场。

值得注意的是，在2020年(冬季)USB PDType-C亚洲展上，氮硅科技展出了其氮化镓功率器件研发的最新成果，创新性地推出了PDDFN 4x4封装的650v/160mω氮化镓功率器件，成为业界最小的氮化镓功率器件。

据介绍，氮化镓功率之前采用芯片面朝下(芯片焊盘面朝下)封装工艺。与传统的引线键合(WB键合)封装工艺相比，解决了氮化镓器件衬底散热慢的问题，创新性地采用双面散热设计，提高了器件的散热性能。

器件最大厚度仅为0.6mm，完全满足电路板与外壳之间的距离限制。x 4的超小面积便于PCB电路设计，从而进一步缩小充电头的体积。

推广平面变压器

平面变压器是业界已经尝试的一种新型高频铁氧体电感。由于平面变压器为方形，适合平面安装，方便设计，可以使各种电子产品变轻变小。与传统变压器相比，平面变压器除了具有结构和体积上的优势外，还具有高电流密度、高效率、低漏电感、低发热、散热好等优点。

平面磁学是许多物理量的矢量表示，也是学术界的一个创新研究领域。采用平面变压器是目前高频高功率密度功率变换产品中最经济的解决方案之一。

尤其是近两年在消费电源领域，随着USB PD快充市场的爆发和氮化镓技术的成熟，高效率、大功率、小体积的电源产品成为市场发展的新趋势。平面变压器逐渐成为工程师青睐的器件，得到了众多行业标杆企业的认可。在PD快充和GaN快充产品上已经开始大显身手。

拆解数据显示，目前众多一线手机品牌和PC品牌如华为、小米、三星、OPPO、vivo、联想等。已将平面变压器引入各种快充电源，并配合inbox多种主流型号的标准充电器的开发，以实现更高的功率密度，并使配件更轻、更便于携带。

平面变压器是三星充电器的常客。从15W三星AFC快充开始，大量的平面变压器被推出，这也开创了平面变压器在快充中大规模商用的先河。可见三星对平面变形金刚情有独钟。

华为还推出了许多内置平面变压器的超级快速充电充电器。从最新的66W超级快充拆解可以看出，内置的平面变压器仅占整个PCB模块的不到四分之一，节省了空空间，最终使充电器实现了更紧凑的设计。

由于采用了内部平面变压器，OPPO 50W饼干氮化镓快充实现了超薄机身设计，整机厚度仅为10mm，这是传统绕线变压器无法做到的。除了超薄的机身，平面变压器还帮助这款充电器实现了高达1.48W/cm？功率密度，并成为高功率密度的标杆。

在行业发展趋势和众多标杆品牌的推动下，越来越多的第三方快充配件公司开始将平面变压器应用于高密度快充电源产品，市场需求与日俱增。

经过多年的努力，我国企业在平面变压器领域取得了长足的进步，使得平面变压器的成本逐渐普及，具有巨大的竞争优势和产业化潜力。

更多玩家

在氮化镓快充市场不断发展壮大的过程中，进入市场的玩家逐渐增多。比如最受关注的GaN功率芯片，目前只有5个品牌的GaN芯片正式量产出货，终端产品成功进口。其中，最大的三家制造商是那威、PI和Innosec。在我们最新的氮化镓芯片供应商中，已有十余家国内外氮化镓芯片厂商推出了数十款氮化镓芯片。

从表中可以看出，全球氮化镓快充芯片供应商有14家，分别是聚能芯、东科半导体、氮化硅科技、GaNsystems、镓未来、量子微、Innosec、英飞凌、纳微、PI、意法半导体、Transphorm、能化、芯冠科技。

关于氮化镓控制器，我们通过调查了解到11个品牌推出了16款高频控制器，拓扑架构分为AFC、QR、LLC三种，满足USB PD标准下全功率范围的产品设计要求。

值得一提的是，国内一批原功率芯片厂商，如南芯半导体、美思迪赛、亚成威、捷华、比翼威、思力杰等。，纷纷布局氮化镓控制器产品线，很多基于国产控制器开发的氮化镓快充方案几乎都在量产，大大丰富了快充电源厂商的选择要求。

手机厂商进军氮化镓

我们的统计显示，2020年已经有10家手机厂商推出了18款氮化镓快充机型，其中华为、小米、OPPO、联想、魅族、努比亚等主流厂商都在其中，推出的产品类型也变得非常丰富。小米、联想、OPPO、realme、三星等品牌。已经让氮化镓快充成为了手机的标配。氮化镓快充市场一时间变得非常热闹。

另据可靠消息，苹果将于2021年推出氮化镓快充。相信在2021年，手机品牌的氮化镓快充产品数量会进一步增加。

来自笔记本制造商的氮化镓

除了手机厂商，今年笔记本厂商也陆续进入氮化镓快充市场。联想、戴尔、LG等品牌都推出了基于氮化镓功率器件的高效大功率快充配件。这也将成为2021年氮化镓快充市场的又一趋势。

联想thinkplus 65W迷你氮化镓充电器延续了“口红”设计。在氮化镓的加持下，体积进一步压缩，配有可折叠插脚，小巧方便，便于携带。USB-C口支持QC2.0、QC3.0和USB PD3.0快充，拥有5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A和5.00-11.0V/3A电压档位，可轻松满足手机、平板、笔记本等各类设备的快充需求。

戴尔的90W氮化镓快充充电器是基于纳米GanFast氮化镓芯片开发的。它的外观采用了典型的家庭扁平机身设计风格，带电源线，并额外配备了USB-A接口。产品支持PD快充，5V3A、9V3A、15V3A、20V4.5A四组电压档位，同时支持90W、10W输出，可同时为笔记本、手机等两个设备充电。

最近LG推出了一款用于笔记本电脑的氮化镓快充充电器，内置纳微米半导体GaNFast功率芯片，最大功率65W。整个产品采用白色风格，自带USB-C输出线，支持5V3A、9V3A、15V3A、20V3.25A四组电压，满足不同电压范围产品的充电需求。

成本大大降低

随着进入氮化镓快充市场的玩家越来越多，实现氮化镓快充的成本也在逐年降低。比如GaN功率器件方面，InnoSeco产品应用经理邹彦博先生在2020年(冬季)USB PD Type-C亚洲展上指出，氮化镓快充目前的痛点主要表现在成本、容量、生态三个方面。

正因如此，InnoSeco配备了全球首条8英寸硅基氮化镓生产线，并在苏州建设了全球最大的集RD、设计、外延生产、芯片制造、测试于一体的第三代半导体产业链RD和生产平台。全面投产后，将实现月产6.5万片8英寸硅基氮化镓晶圆，从根本上解决产能带来的成本问题。

行业分析师预测，2022年GaN功率器件成本将与传统功率器件持平，2023年成本将更具优势。

此外，本地功率芯片制造商已于2020年12月完成氮化镓快速充电研发的重大突破。三大核心芯片已实现全国量产，性能达到国际先进水平。而且国内半导体厂商可以充分发挥本土企业的优势，进一步降低氮化镓快充的成本，推动高密度快充电源的普及。

用于PFC电路的氮化镓

目前国内75W以上功率的开关电源都强制加入PFC电路，以提高功率因数，修正负载特性。随着大功率快充的普及，PFC电路已经成为100瓦大功率快充产品的必需品。

PFC有两种类型:被动式和主动式。大电感无源串联补偿的主要缺点是体积大，效率低。随着近年来半导体器件的快速发展，无源PFC已经被有源PFC完全取代，有源PFC利用PFC控制器、开关管、电感和二极管组成升压电路，具有体积小、输入电压范围宽、功率因数补偿效果好等优点。

为了实现更高的效率，氮化镓功率器件已经开始出现在大功率快充产品的PFC电路中。根据我们的拆解资料，北思100W22C氮化镓快充、北思120W氮化镓快充、MOMAX 100W氮化镓快充、REMAX 100W氮化镓快充、上讯120W氮化镓充电器等产品。都在前端PFC电路中应用了氮化镓功率器件。