不止于充電器！手機內置GaN器件會成為下一個趨勢？

電子發燒友網報道（文/梁浩斌）在短短幾年間，GaN材料就與“快充”這個詞緊密關聯了起來。在快充需求下，GaN已經幾乎在手機、筆記本等設備的充電器上實現普及，從18W到240W的充電器都已經用上GaN器件。而更大功率需求的服務器電源、甚至新能源汽車OBC上也將會用到GaN器件。

不過最近realme發布的一款手機讓人感到好奇，據稱是全球首發全鏈路GaN百瓦閃充，還是全球首個內置GaN充電保護的手機，在手機端引進了GaN功率器件。確實，一直以來我們都只在充電器、電源等產品上看到GaN的出現，而手機廠商對快充的宣傳，也是針對充電器的。那么手機內置GaN器件，有必要嗎？這會成為接下來手機行業的趨勢嗎？

GaN用在手機上，有什么用？

我們知道，GaN在充電器等應用上，主要是通過GaN材料的特性，使得使用GaN材料的功率開關器件在開關頻率、開關損耗、導通損耗等相比硅MOSFET有明顯優勢，在電路設計中可以大幅縮小變壓器尺寸，設計出更高效、功率密度更高的電源。

而根據realme副總裁徐起在發布會上的介紹，“真我GT2大師探索版是全球首個內置GaN充電保護的手機，創新性地將氮化鎵引入手機端，大大節省手機內部空間，降低發熱峰值，實現了體積降低64%，峰值功率發熱降低85%。保證手機在充電過程中更高效，更安全?！?br />
所以GaN引入手機，似乎同樣起到縮小體積、提高效率（降低發熱）的作用。從這款手機支持100W快充、搭載5000mAh電池的情況下，可以實現機身厚度8.17mm、重量僅195g的輕薄效果，或許說明GaN在手機端上的應用是有實際提升的。

從公開信息了解到，這次被用于手機內的GaN器件是來自國內廠商英諾賽科的BiGaN系列產品之一，此前OPPO就已經展示過英諾賽科BiGaN系列產品中的INN40W08開關器件在其手機主板上的應用。

根據英諾賽科官網上提供的資料，INN40W08支持雙向開關，以及超低導通電阻的特性，可以應用在高壓負載開關電路、智能手機USB端口的過壓保護、以及多電源系統中的開關電路。

過去手機內部的功率開關器件都采用硅基MOSFET，由于快充的需求，硅基MOSFET在手機內部占用體積較大，同時較高的阻抗，使其在目前動輒60W以上的大功率快充應用中，會導致手機快充過程中發熱嚴重。

與此同時，快充的功率，其實在很大程度上受到溫度的限制。目前手機快充的峰值功率往往只能維持一分鐘左右，因為溫控、安全等各種原因，在到達峰值功率一段時間之后就會呈現功率階梯式下降的趨勢。那么如果將手機上的功率開關器件從Si更換成GaN，可以降低快充過程中的發熱，也就變相提高快充峰值功率維持的時間，縮短充電時間。

據稱，realme利用一顆BiGaN替代之前的共漏連接的背靠背兩顆NMOS，實現電池的充電和放電電流的雙向開關，使相同占板面積下的導通電阻降低50%，溫升降低40%。

GaN器件的應用場景或許還有很大開發潛力

這次OPPO和realme在手機端應用GaN器件，可以稱得上開拓了一個新的應用場景，也似乎在提醒著我們，GaN器件的應用場景其實一直還在挖掘的過程之中。

目前GaN器件主要用在充電器、服務器、PC電源等，其中消費電子領域，比如快充等是GaN近幾年間增長的最大驅動力。根據Yole Développement數據，2021全球GaN功率器件市場規模為1.26億美元，預計2021-2027年期間復合年增長率為59%，2027年全球市場規模高達20億美元。

目前GaN功率器件最大的應用市場是消費電子，比如PC電源、手機充電器等，其次是數據中心、5G通信基站電源等應用。2021年，GaN功率市場中消費電子應用占比約為63%，通信基站、數據中心等應用占比約21%，而工業和汽車應用的占比分別為7%、4%左右。

而汽車市場上，同為第三代半導體的SiC已經開始大規模導入電動汽車，但同時，電動汽車也是GaN功率器件未來最具潛力的市場之一。GaN在電動汽車上可以應用于高壓電池以及低壓電池的保護、DC-DC轉換器、OBC車載充電機、電機驅動模塊等領域。

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勢、系統效率優勢、功率密度優勢。在電動汽車驅動和電池平臺上，目前中高端車型的趨勢是800V系統，但由于成本等原因，預計2030年全球范圍內主流還會是400V平臺。而SiC相比于GaN在功率應用上的優勢主要在于1200V以上的超高壓，所以在電動汽車上，隨著成本、產能等優勢凸顯，GaN功率器件有望在電動汽車400V平臺上得到廣泛應用。

實際上GaN功率器件被大規模應用的歷史，至今也不過五六年時間。隨著GaN上下游玩家的不斷增加，以及器件本身價格的持續下降，未來GaN將持續取代傳統硅功率器件，并滲透到更多的應用領域。