拆解苹果首款GaN充电器，背后大赢家曝光

infowei · 发表于 2021-10-29 23:33:20

据TechInsights介绍，在过去几年时间里，他们一直在跟踪 USB 充电器中的 GaN。最初，他们只是在第三方售后市场供应商的产品中看到了 GaN的采用，例如 Aukey、RavPower 和 Hyper Juice就是当中的领先者，他们提供的产品的功率范围为 24 - 100 W。

但从去年开始，TechInsights观察到许多一级供应商开始在其手机中提供 GaN充电器，戴尔、LG 和联想等笔记本电脑供应商也转向了这个技术。

近日，我们终于看到 Apple 转而使用氮化镓 (GaN) 作为其一款充电产品中的功率晶体管。据了解，这是一款适用于新款 16 英寸 MacBook Pro 的 140 W 充电器。与过去的许多创新一样，Apple 也许不是第一个使用者，但当他们确实采用一项技术时，人们就会关注到这个技术。

在TechInsights对 Apple 140 W GaN 充电器的初步分析中，他们发现了两种 GaN Systems HEMT 产品 - GS-065-011-1L，如图 1 中以红色突出显示。

TechInsights表示，对于 GaN Systems 来说，这显然是一个了不起的design win，因为这是一款已经在市场上获得巨大吸引力的产品。TechInsights进一步指出，公司还在产品中发现了 ST Microlectronics 的“MasterGaN ”。

为什么苹果决定现在采取了行动，为什么要推出这款产品？

针对上述问题，TechInsights回应道，人们普遍认为，在 60 W 左右的功率水平下，可以真正看到 GaN 的好处，并且它开始比传统的硅产品具有明显的优势。这不是一个严格的规则，我们已经在高达 100 W 的充电器中看到 Si（假设 Apple 的 96 W 充电器仍然使用 Si）我们也看到 GaN 存在于低至 24 W 的充电器中。与那里的所有电力电子设备一样是成本与效率、尺寸和重量的权衡。

由于 Apple 新产品的功率比之前最高的 96 W 充电器增加了 50% 以上，这就让使用GaN成为了必要性。看看 Apple 如何进一步将 GaN 集成到他们的产品中，以及其他市场的反应如何，将会很有趣。

尽管在使用 GaN 方面并非率先推向市场，但 Apple 是最早使用新 USB 供电 3.1 标准 (USB PD 3.1) 的公司之一。这是什么，又为什么重要呢？

USB 1.0 是最初的标准，它允许在特定电压/电流下通过 USB 电缆传输高达 100 W 的功率，从而实现功率分布；

USB 2.0 需要 USB-C 连接器。它允许多种电压和电流，提供从 0.5 W 到 100 W 的连续支持功率分布；

USB 3.0 利用了先进的 USB-C 功能，例如角色交换，其中电源可以在任一方向传输，例如从手机/笔记本电脑传输到手机/笔记本电脑，而无需更改电缆/端口；

USB 3.1 允许更高的电压（28 V、36 V 和 48 V），提供 240 W 的最大功率。

USB PD 3.1 的使用允许此充电器中存在大功率。

在苹果入局以后，我们可以看到GaN的未来会有更好的预期。

根据市场分析公司Yole Developpement预测，GaN功率器件市场将从2020年的4600万美元成长至2026年的11亿美元，平均年复合成长率达70%。其中，在2020年，由于GaN器件渗透到智能型手机快速充电器应用中，使得GaN功率市场成长了一倍。

Yole Developpement指出，Oppo在2019年底其Reno Ace旗舰型号的65W快速充电器中采用GaN之后，2020年小米、联想、三星、Realme、戴尔和LG等多家公司（以及其他针对售后市场的中国公司）也都采用了GaN技术。到目前为止，至少有10家智能型手机厂商已推出超过18款带有GaN充电器的手机。

因此，Yole预计未来几年消费性电子产品的电源，将成为GaN器件的市场驱动力。根据其预估，这一市场区隔将从2020年的将近2900万美元成长到2026年的约6.72亿美元（约占GaN功率市场比例达61%），年复合成长率为69%。

尽管GaN在消费性电子市场已经崛起，但是随着规模经济效益和价格下跌，将让电信、数据通讯、汽车与行动市场受益。Yole预计，从2023年至2024年，GaN器件的渗透率将有所成长。

在电信和数据通讯市场中，由于对能源消耗的规定要求达到更高效率，更小电源，因此数据中心和电信营运商已经对GaN器件产生了兴趣。目前Eltek、台达电和Bel Power都正在小量生产以GaN为基础的电源，Yole预计GaN在电信与数据通讯市场的渗透率将进一步提高。预计将从2020年的910万美元成长至2026年的2.23多亿美元，年复合成长率达71%。

至于在汽车市场，由于电动车的快速成长，以及对通过系统效率优化来增加行驶距离的带动下，GaN功率器件更变得该领域积极开发的领域。从长远来看，如果GaN能以较低的价格进入，且能够证明其可靠性和高电流能力，未来将可以打入更具挑战性的EV / HEV（混合动力汽车）电源转换器市场，这一趋势可能为其创造出更显著的价值。

EPC、Transphorm、GaN Systems、德仪和Nexperia等均通过AEC认证。尤其是，Nexperia和VisIC正在研究xEV电源转换器的GaN解决方案，以与SiC正面竞争。此外，意法半导体也将GaN用于电动车，并与台积电合作，甚至收购Exagan多数股权，让其强化了GaN产品的实力。

从2022年开始，预计GaN以小量渗透到车载充电器（OBC）和DC / DC转换器等应用中。因此，Yole预计，到2026年，汽车和行动市场价值将超过1.55亿美元，年复合成长率达185%。