充电器芯片有哪些，手机电源ic芯片坏了怎么办，是否与充电器有关？

充电器芯片有哪些，手机电源ic芯片坏了怎么办，是否与充电器有关？

氮化镓（GaN）是一种具有高功率密度的宽带隙半导体材料。 基于这种新型第三代半导体材料，可以制造具有超低导通电阻、高击穿电压、高功率和高开关频率的器件。 和小型功率半导体器件。 随着GaN技术的发展和制造工艺的逐渐成熟，GaN器件相对于硅功率器件在性能和价格方面的优势日益明显。 应用于消费电源、工业电源、数据中心服务器电源、新能源汽车等领域。 都具有巨大的发展潜力。

以快充充电器为首的便携式消费电源产品已成为GaN市场的主要驱动力，PI、等GaN器件开发商也经历了快速增长。 我们精选了国内外多家GaN器件厂商中10家公司的旗舰产品，为电源设计工程师提供选型参考。

GaN市场、技术和供应链趋势

Yole最新的《2021年GaN市场：外延片、器件、应用和技术趋势报告》统计显示，2020年GaN市场较2019年增长了一倍（从2070万美元增至4600万美元）。 预计到2026年GaN市场规模将达到11亿美元，其中消费应用将占GaN市场总量的61%，增长至约6.72亿美元，复合年增长率为69%； 汽车细分市场将占 185%，复合年增长率增至约 1.55 亿美元。

图 1：2020 年 GaN 市场相对 2019 年翻了一番，PI 和 占据市场主导地位。 （来源：Yole）

在消费电源市场，GaN在2020年取得了巨大成功，小米、联想、三星、戴尔、LG等多家公司竞相推出基于GaN技术的充电器产品。 苹果也即将以30W GaN充电器进军氮化镓快充市场，这势必进一步推动GaN市场的增长。 Yole 预计消费电力市场将成为 GaN 的主要驱动力。

图2：2020年至2026年GaN市场将以70%的复合增长率增长。（来源：Yole）

继2019年底Oppo在其Reno Ace旗舰机型的65W快速充电器中采用GaN器件后，多家手机制造商和充电器供应商在2020年发布了快充GaN解决方案设计。GaN在智能手机市场的普及主要是由移动电话对紧凑性、高效率和适配器多功能性的需求。 快充有望成为GaN功率器件的“杀手级应用”。 到目前为止，至少有10家智能手机制造商推出了超过18款配备氮化镓充电器的手机。 随着苹果、小米和三星等手机制造商选择开箱即用的 GaN 充电器解决方案，手机配件售后市场也将持续这种增长。

图3：GaN功率器件的未来发展路线。 （来源：Yole）

随着手机快充市场的普及，PI和成为了这一市场趋势的主要受益者。 2020年两家公司的GaN市场份额合计超过50%。 越来越多的新玩家正在凭借硅基GaN E-mode技术进入这个市场，例如国内制造商氮化硅科技。

增强型（E-mode）GaN HEMT具有无体二极管、零反向恢复电荷、高开关频率（>10MHz）等优点。 然而，由于异质结构引起的热失配和晶格失配，氮化镓器件的动态参数存在“漂移”问题。 下图为氮化镓器件Rdson随ZVS和HSW信号下电压变化的测试数据：

图4：ZVS和HSW信号下GaN器件Rdson随电压变化的测试数据。 （来源：硝硅科技）

从上图可以看出，氮化镓器件Rdson在动态开关作用下会随着电压“漂移”。 与国外同类氮化镓器件相比，氮化硅科技研发的GaN HEMT在ZVS模式下表现突出，漂移率稳定在10%左右，在HSW模式下也控制在40%以下，这意味着当使用相同Rdson器件条件下的加热性能会更好，更容易通过全球安全标准的审核。

硅基氮化镓被认为是未来几年扩大氮化镓制造能力的主要平台。 然而，对于更大的晶圆尺寸来说，外延片仍然面临一些挑战。 为了提高GaN器件制造能力并进一步降低成本，业界在GaN外延片和晶圆厂层面进行了一些重大投资。 意法半导体通过与台积电合作并收购多数股权，强化了其在氮化镓市场的地位和产品组合； 德州仪器 (TI) 和 GaN 最近对其 GaN 器件进行了汽车应用认证； EPC、英飞凌他们都在努力渗透到自己擅长的应用领域。

Yole预测，从2025年到2030年，电信和数据中心、新能源汽车和工业应用将成为GaN器件的主要驱动力。

氮化镓快充市场快速增长

USB PD快充的普及和氮化镓技术的成熟，加速了消费电源的升级换代。 据相关统计，在以电商客户为主的充电器市场，2019年氮化镓功率器件出货量约为300万至400万台。 随着手机、笔记本电脑渗透率进一步提升，2020年实现5-6倍增长，整体出货量达到15-2000万台。 预计2021年GaN器件出货量将达到5000万颗，2025年全球GaN快充市场规模将达到600亿元。

氮化镓快充产品种类较多：功率等级从30W到240W不等，有单口和多口输出可供选择。 充电器形状、尺寸、外观各异，其中联想口红头系列、OPPO饼干超级闪充、小米33W超小方头等深受消费者喜爱。 2021年，由于苹果取消了附送充电器，各充电器厂商纷纷推出30W系列快充，抢占苹果快充市场。

例如小米的33W（AG33G）氮化镓快充产品，体积为31cm3，功率密度高达1.05W/cm3。 是目前市场上最小的氮化镓快充产品之一。

2020年部分氮化镓快充头价格统计如下表。 功率越低，快充头的输出口越少，功率越高，快充头的输出口越多； 一般来说，小功率充电头的价格比大功率充电头要低。

2020年氮化镓快充头价格表

影响氮化镓快充头价格的主要因素包括：品牌、外观和实用性。 氮化镓快充市场将继续向小尺寸、高功率密度、高效率、低价方向发展。

工程师评选的十大 GaN 芯片

下面列出了10家氮化镓器件开发商的10款GaN器件的性能参数和功能特性。

硝硅技术及

它是 于2020年11月推出的小型650V/160mΩ E-mode GaN HEMT器件（）。它采用全新自主开发的板级封装（PDDFN）和双面散热。 其散热能力远远超过同尺寸DFN。 此外，公司还推出了E-mode、E-mode等多种封装的多款量产级E-mode GaN HEMT，以满足客户的各种需求。

氮硅科技还开发了多种USB PD快充参考方案：从单口到多口，有65W到120W多种功率等级供客户选择。 下图为硝硅科技标准65W 2C1A口红头展示平面图：

该方案采用QR拓扑，尺寸为64.5x32x 28.2（mm），功率密度为1.12W/cm3，相当于目前市场上新型口红头氮化镓PD快充的体积。 搭载硝硅技术（160mΩ，）芯片，初级、次级控制采用南芯及芯片，实现全国量产。 另外，其部分AC-DC贴片元件没有0402封装，生产更容易，直通率更高。 同时，DIP元件不需要特殊加工，更容易生产和维护。

由于氮化硅科技芯片的动态Ron漂移不明显，因此该方案在GaN器件上具有优异的温度性能，220V条件下AC-DC满载转换效率可达94%。 在搭载国产芯片的前提下，该方案在EMI/EMC方面依然表现良好，留有10dB以上的余量。

下图为硝硅科技为满足客户出口产品全球安全标准定制的65W 1C1A方头设计演示：

此次演示不仅保证了EMI/EMC，进一步将功率密度提升至1.16W/cm3，还重新设计了散热结构，使整机达到了全球安全认可的水平。 该设计体积为0.2mm，是已通过全球安全认证的65W氮化镓快充的最小体积。

USB-IF协会最近宣布了新的USB-C 240W PD标准。 新标准可以为高性能笔记本电脑或其他设备提供更高的功率。 氮化镓在PD大功率端的应用也将迎来质的飞跃。 硝硅科技为此量身定制了一款120W 2C1A产品，如下图：

该产品在PFC侧使用1个和1个SiC SBD，使用安森美半导体作为PFC控制器进行控制，在LLC侧使用2个SiC SBD和安森美半导体。 值得注意的是，在高频条件下，氮化镓器件的阈值电压Vth也会出现不稳定的漂移，由此产生的MOS管误导通对于LLC拓扑来说是致命的。 为此，本设计在桥臂MOS栅极前端采用了自主研发的强拉断电路，不仅保证了产品安全，而且比采用负电压关断具有更高的效率和更好的温度性能。

英飞凌 600V 半桥 IPS

英飞凌新推出的集成功率级（IPS）产品IPS系列已成为其众多WBG功率组件产品组合中的最新产品。 IPS 的基本产品组合包括半桥和单通道产品，针对中低功率应用，例如充电器、适配器和其他开关电源 (SMPS)。

该系列的代表产品600V半桥IPS，适用于中低功率范围的小型轻量化设计应用。 外观为8x8 QFN-28封装类型，增强了散热性能，可为系统提供极高的功率密度。 该产品由英飞凌系列的两个 140mΩ/600V 增强模式 (e-mode) HEMT 开关和电隔离专用高侧和低侧栅极驱动器组成。

隔离式栅极驱动器具有两个数字 PWM 输入，以便于控制。 集成隔离、数字地和电源地的明确分离以及简化的 PCB 配置都是实现缩短开发时间、减少系统物料清单和降低总体成本的目标所必需的。 栅极驱动器采用英飞凌单芯片无芯变压器（CT）技术，有效隔离输入和输出。 即使在电压上升或下降速率超过 150V/ns 的超快速开关瞬态下，也能确保高速特性和出色的稳定性。

根据不同的应用，可以通过栅极路径中的一些无源元件（例如电阻器件）轻松实现开关特性。 例如，此功能可以优化电流或电压速率，以减少电磁干扰 (EMI) 效应、稳态栅极电流调节和负栅极电压驱动，以实现硬切换开关应用中的稳定运行。

此外，系统级封装集成和栅极驱动器的高精度和稳定的传播延迟可提供最低的系统死区时间。 这将有助于最大限度地提高系统效率，并将充电器和适配器解决方案的功率密度提升到更高水平，达到35W/in³。 灵活、简单和快速的设计特点也适用于其他应用，例如 LLC 谐振拓扑、电机驱动等。

青岛巨能创新河

赛微子公司聚能创新的GaN功率器件包括增强型GaN功率器件、级联GaN功率器件、GaN功率集成电路等。 其中650V增强型GaN功率器件系列涵盖10-30A不同输出电流，适用于PD快充、智能家电、基站和服务器等终端应用。 其中两款产品在65-120W PD快充领域获得了良好的市场反响。

它是一种增强型硅基氮化镓功率晶体管，具有高击穿电压和高开关频率。 由于 RDS(ON) 和 Qg 都非常低，因此传导和开关功率损耗都可以非常低，从而提供比硅功率晶体管更高的效率。

其特点包括：超快速切换； 无反向恢复充电； 反向传导； 栅极电荷低，输出电荷低； 满足JEDEC标准应用的要求。

意法半导体

意法半导体（ST）有三种器件，它们集成了两个GaN开关管和驱动器，形成半桥器件。 它们采用先进的系统级电源封装，可以通过输入逻辑电压信号轻松控制器件。 ST系列均为半桥器件，内置增强型氮化镓开关管，耐压650V，支持工作温度范围-40℃至125℃。

内部集成了一个半桥驱动器和两个耐压650V、导阻150mΩ的高压GaN开关管，集成在9*9*1mm QFN封装中。 对称半桥，工作电流10A，低侧和高侧均具有欠压关断保护。 该驱动器内置自举二极管，具有互锁功能和精确的内部时序匹配。 配置独立关断引脚，3.3-15V 输入信号带迟滞和下拉。 外围元件精简，布局非常紧凑简单，可实现灵活快速的设计。

上部和下部驱动部分的 UVLO 保护可防止电源开关在低效或危险条件下运行，并且互锁功能可避免交叉传导条件。 扩展的输入引脚范围可以轻松与微控制器、DSP 单元或霍尔效应传感器连接。

苏州良芯微650V氮化镓功率器件

久信威650V增强型氮化镓功率器件和集成驱动氮化镓功率IC适用于45W至300W各种快充适配器，可提供封装。

公司提供多种适配器解决方案，包括65W单C口、1C+1A口； 120W 2C+1A端口； 150W至220W适配器等。拓扑包括传统的QR准谐振和自主创新的65W/120W数字LLC技术，可以最大限度地提高功率密度并提高效率。

GaN GS-065-011-1-L 氮化镓晶体管

GaN（氮化镓系统）公司最新发布的100W双USB-C智能PD氮化镓充电器，可支持从单端口100W设备到两端口65W和30W设备或两端口45W或30W设备，从而为各种设备提供及时支持。设备。 由插入设备功率级别的组合供电。 此外，当功率低于某个阈值时，充电器方案会切换到更高效的模式，以进一步提高性能并减少自身损耗。

100W 充电器参考设计采用该公司的 GS-065-011-1-L 氮化镓晶体管，这是一种增强型硅基氮化镓功率晶体管。 GaN具有大电流、高击穿电压和高开关频率的特点。 它是一款采用 5×6 mm PDFN 封装的底部冷却晶体管，具有较低的结至外壳热阻。 这些特性相结合，提供了非常高效的电源开关。

GS-065-011-1-L 具有以下性能和特点： 超高功率密度：>16W/in3； 配有外壳和可折叠输入引脚； 灵活智能配电：双USB-C口支持通用USB-C协议，灵活插拔终端设备； 峰值效率：>92.5%； 符合 -1 触摸温度要求； 配备功率因数校正 (PFC) 电路，满足 -3-2 的电源线谐波要求。

英诺赛克系列

系列第二代新品具有高频、高效率、极低损耗、快速主动散热等特点，采用DFN5*6封装。 基于技术，发布了30W快充解决方案。 与传统方案相比，其方案功率密度提高一倍，最高效率可提升9%左右，损耗更小，体积更小，性价比更高。

的30W氮化镓快充解决方案无论是在90ac输入还是90ac输入下，效率都超过92%。 该解决方案采用以下芯片：（GaN）+（直接驱动GaN IC）+（同步整流）和（协议）。

拥有8英寸增强型硅基氮化镓功率器件量产线和先进的研发质量控制分析能力。 该系列的整体性能、成本和产能都能得到很好的控制。

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是该公司流行功率器件的热增强版本，针对高频和软开关拓扑进行了优化。 内置驱动器，导通电阻175mΩ，耐​​压650V，支持2MHz开关频率，适合升压、降压、半桥、全桥开关电源等多种应用。 目前，采用该芯片的充电器设计包括联想65W氮化镓口红电源Pro、联想90W闪充双口氮化镓充电器、65W氮化镓快充、鸿大顺65W 2C1A氮化镓快充等产品。

特点：大导热垫； 使用 CS 电阻时增强散热； 单片集成栅极驱动器； 宽 VCC 范围（10 至 30 V）； 可编程开启dV/dt； 200 V/ns dV/dt 抗扰度； 800 V 瞬态电压额定值； 650 V 连续额定电压； 175 mΩ 低电阻； 零反向恢复电荷； ESD 保护 – 2,000 V (HBM)、1,000 V (CDM)； 2 MHz 工作频率。

可支持：AC-DC、DC-DC、DC-AC转换； 降压、升压、半桥、全桥； 有源钳位反激、LLC 谐振、D 类、准谐振反激和其他拓扑。 其应用领域包括：移动快速充电器、适配器、笔记本适配器、LED照明、太阳能微型逆变器、电视/显示器、无线电源、服务器、电信和网络SMPS等。

安徽东科半导体

东科半导体推出了两款封装氮化镓功率器件的电源主控芯片，分别适用于45W氮化镓快充和65W氮化镓快充，从而实现了高集成度、小尺寸的快充源设计。 。

东科内部集成了650V/200mΩ GaN HEMT、逻辑控制器、GaN驱动器和高压启动管。 采用反激式封装，输出功率45W，最高工作频率。

与传统的控制器+驱动器+GaN电路相比，东科只需要一颗芯片就能完成原来三颗芯片可以完成的功能，电源系统设计更加简化。 同时，东科还拥有多种工作模式，可以降低待机功耗，提高轻载效率。 该芯片还内置完善的保护功能，提高系统可靠性。

东科采用QFN8*8封装，内部集成的650V/130mΩ阻值GaN HEMT、逻辑控制器、GaN驱动器和高压启动管。 它采用反激架构，支持最大输出功率65W和最大工作频率。

PI-Pro

PI新推出多款超小型20W-30W USB PD快充源参考设计。 这些参考设计均采用-Pro芯片，其AC-DC转换效率比普通分立元件高2-3%。 该芯片集成了PWM主控芯片、650V功率器件、同步整流控制器等主要功能。 电源设计工程师只需匹配一些必要的无源器件和协议芯片即可完成高性能快充产品的设计。 加快产品上市时间并节省开发成本。

-Pro系列芯片内置无损检测电路，相比传统分立器件的原边检测，可以降低损耗，提高效率。 同时，为了让每个设备发挥最佳性能，芯片还集成了实现主副实时通信的技术。 次级控制器控制初级侧的开关，最大程度地控制同步整流MOS导通时间，实现最高效率。

-Pro 系列 IC 极大地简化了全数字控制高效电源的开发，尤其是紧凑型外壳中的电源。 通用I2C可以实现输出电压和电流的动态控制，并提供其他动态设置的保护功能。 遥测提供功能和故障模式的可配置报告。

-Pro 器件适用于输出电压和电流需要精确（10 mV、50 mA）调节的 AC/DC 电源应用。 典型的实现包括系统微处理器或带有 I2C 端口的专用微处理器，可用于配置、控制和监视电源子系统的操作。 uVCC 引脚为独立解决方案（例如 USB PD 适配器或充电器）中的微处理器提供偏置电源。

-Pro功能特点如下：通过I2C接口实现数控； 动态调节电源电压和电流； 通过处理器中断实现遥测状态回读； 可实现各种功能的设置； 技术; 输出高达 100 W，无需散热器； 、集成度高、结构紧凑； 多模式准谐振 (QR)/CCM 反激控制器、高压开关、次级侧检测和同步整流驱动器； 可以优化所有输入电压和负载下的效率； 反馈方式采用™技术，满足HIPOT（高压隔离）要求； 即时、快速的动态响应； 可驱动低成本N沟道FET系列负载开关； 集成3.6V电源，为外部微控制器（MCU）供电； 4.7 Ω SR 下拉电阻（仅限 H302 器件）； 输入电压检测和 MCU 运行时空载功耗小于 30 mW。

该芯片适用于以下应用：高效USB PD 3.0 + PPS/QC适配器； 多协议适配器，包括AFC、FCP、SCP； 直充移动设备充电器； 多化学工具充电器和通用电池充电器； 可调恒压恒流LED镇流器设计。