苹果、小米的这些操作 让USB PD、GaN笑出了声

电子发烧友报道（文/黄山明）或许谁也没想到，继苹果、三星不再附赠手机电源适配器的操作之后，国内厂商的跟进速度会这么快。但更没想到的是，在小米的一阵运营之下，GaN充电器或许将彻底进入到消费者的手中，一个新的时代，即将拉开序幕。
 
虽然终端厂商给出了种种理由让自己不再附赠充电头的操作合理化，但最终还是回到一点，这样的动作能够帮助企业盈利。不附赠充电头能够极大减少手机盒体积，提高运输效率，减少运输、仓库成本。更何况小米也在价格不变的情况下将选择权交给了用户，避免了舆论的危机。
 
毫无疑问，不再附赠充电器将变相提升企业的利润。据Comprar Acciones数据显示，苹果预计在2021年生产2.3亿部iPhone，假设其中有超过一半的用户购买了价值149元的20W“快速充电器”，那么将带来171.35亿元的增量市场空间。
 
取消电源适配器 让USB PD成为最大赢家
 
对于第三方电源适配器企业而言，终端厂商所释放的空间无疑将带来一场狂欢。南京沁恒微电子股份有限公司产品总监王晓峰表示，终端厂商取消附带充电器，对于上下游各个快充行业相关的厂商来说都是一次绝好的机遇，必定会助推国内的快充市场百花齐放。同时，对于快充协议的统一和兼容也是一件非常有利的事。
 
深圳慧能泰半导体科技有限公司CTO谢仁践认为，苹果新机不再标配充电器，除了本身带了第三方快充巨大的商机，更是标志着大一统的USB PD时代到来，为充电器互相兼容和减少地球的电子垃圾树立了一个标杆，同时加速了手机和笔记本电脑之外的设备采用USB-C和USB PD标准。
 
苹果之所以干预取消附赠充电器，除了能够促进环保以及增加企业利润外，还在于充电技术并非苹果的卖点，其多年以来的推出的5V1A充电器，被许多消费者吐槽为工业时代的电子垃圾。
 
但安卓侧则不同，不论是vivo、OPPO、小米还是华为，都有自己独特的快充技术，协议互不相容。而高速闪充在如今电池技术发展受限的今天，能够极大提升用户的使用体验。厂商也为此投入了大量的研发及宣传成本，因此放弃附赠充电器所付出的成本要比苹果更高，不过这样操作反而能够促进快充协议走向统一。
 
王晓峰表示，目前的快充市场，从协会，到CPU厂商，再到手机品牌，各个厂商都在努力打造自己的充电“黑科技”，试图让充电达到更高的功率，形成品牌自己的独有竞争力，这种对技术的探索和努力是值得鼓励的。
 
但另一方面，USB PD借助着其强大的通用性，大小通吃的功率范围，还有背后USB-IF强大的影响力，成为了所有充电协议中的黑马，被几乎所有终端厂商的设备所兼容。
 
王晓峰认为，目前的手机虽然协议各不相同，但无一例外的支持了PD协议，这样就在保持着通用性的同时，又具有自家的特色技术，若消费者购买了一个PD快充电源，可以获得还不错的充电速度，若消费者购买了一个终端厂商定制的电源，则可以获得极致的快充体验。这样“进退自如”的策略无疑给消费者带来了福音。
 
对于目前百花齐放的快充协议，沁恒的方案是由PD协议来支撑起绝大部分手机的充电需求，其他协议则尽可能多的兼容支持，以保证一些较旧的设备的使用体验。相信随着越来越多的设备支持越来越大的PD充电功率，消费者的充电体验将会越来越好。
 
慧能泰方面则更希望协议能够统一，谢仁践指出，统一的方式就是基于USB PD的VDM（客户自定义信息），通过VDM命令，系统厂商可以建立原装设备的握手，甚至采用加密信息（如SHA256加密方式）识别原装设备，这充分解决了系统厂商的设备安全并保护系统厂商的利益链。充电协议统一是个逐步实现的过程，现在一直在进行，最终达到终极的统一。针对这么多充电协议，慧能泰的应对方式是支持所有的主流快充协议，根据客户的需求开放不同的私有协议。
 
尽管安卓厂商们在快充技术中投入了大量成本，并且出于考虑自身的设备安全并保护自身的利益链的目的，并不开放各自的充电协议。但随着安卓阵营的三星、小米等厂商开始从不附赠充电器中获益时，其他厂商很难不跟进，不附赠充电器也将成为未来的常态。而这，对于USB PD协议而言，将是一个爆发的绝佳机遇。
 
GaN的出现是一场双赢
 
在小米宣布将电源适配器与手机分离后，一个细节值得注意，即套装版所配备的充电器皆为GaN产品。许多厂商已经推出而来自己GaN产品，而OPPO在2019年下半年更是在OPPO Reno Ace中标配了65W的GaN快充充电器。而小米此举，也将加速普及GaN。
 
不仅是国内的企业，有消息称，Navitas半导体将在今年获得来自苹果的GaN充电器订单，同时台积电将为Navitas供应GaN芯片。
 
作为第三代半导体材料的GaN，应用在充电领域，相比普通充电器，GaN充电器可以通过升高开关频率减小变压器体积，能减小或者省略散热片，解决了传统PD充电器的发热量大、散热效果不佳的痛点。
 

 

图源：Yole

 
据知名调研机构Yole数据来看，GaN快充有望成为消费电子领域的下一个热门应用，CADR高达85%，预计全球的GaN功率半导体市场规模从2018年的873万美元增长到2024年的3.5亿美元。
 
如今厂商在充电领域技术突飞猛进，高功率快充已经较为常见，甚至市场已经有多款100W以上的充电器面市，而GaN材料的特性也为厂商带来一个更好的选择。谢仁践提到，大功率充电要求功率器件性能更好（如GaN等高性能功率器件），要求AC-DC和同步整流驱动芯片支持先进拓扑、高频化、高效化，也要求快充协议芯片支持更高功率、更灵活的功率分配方式、更高的芯片集成度等。
 
真茂佳副总经理任炜强认为，GaN器件的应用目的为了提升效率和功率密度，对于次级端的同步整流MOS也需达到同样的效果，针对此应用真茂佳半导体推出了100V G3 SpeedFETTM产品系列，此产品系列不但拥有业内领先的Rdson*Qg、Rdson*Qoss水平，同时优化了内部缓冲网络使瞬态VDS尖峰更低，EAS能力相对上代提升50%以上已经超过普通Trench MOS水平。这样GaN充电器的性能得以更好的发挥和更加的可靠性。
 
针对高功率，如100W以上的充电器，任炜强提到，这将会用到PFC和LLC 电路，真茂佳无论是原边SJMOS、Diode还是次级的SR MOS都会有相应的产品配合，同时专门针对上述应用进行了相关优化。
 
不过高速快充让充电电流更大、充电电压更高、器件的工作温度更高，所以对充电器和电池的安全也提出了更高的要求。各种保护功能，如过流保护、过压保护、过温保护等的要求也更高。
 
对此，真茂佳给出了两个降温的解决方案，一、降低器件的损耗，如上所述要提升器件的性能。二、热设计，分为系统热设计和器件的热设计。针对器件热设计目前真茂佳半导体通过新的封装形式优化散热。
 

 

部分品牌GaN充电器情况汇总|方正证券

 
在如今快充大行其道之下，供电功率一再上涨，这也导致不少充电器体积不断增大，也降低了携带的方便性。GaN的出现，不仅解决了体积问题，还能够支持更高功率，降低发热量，提升了消费者的使用体验。而对于企业而言，相比普通充电器，GaN产品价格普遍较高，拥有更高的利润率，也让企业拥有更强的推广意愿。
 
有线充电仍是主流 未来向小型化、轻量化方向发展
 
就如同当年苹果率先取消耳机孔，然后迎来了TWS的盛世，而今苹果也率先取消了附带充电器，又会否再次取消充电接口，让无线充电迎来曙光。从苹果如今推出的MageSafe来看，苹果正在朝着这个方向努力。
 
真茂佳方面认为，无线充电在某些应用场景存在便利美观的优势，尤其是无线充电和汽车、家具等的融合，相信这些领域会有明确的趋势，但完全取消充电口还要取决于无线充电的效率和功率。这对芯片厂将会是一个机遇，真茂佳半导体已经有多款产品用于国际一流厂家相关产品。
 
而慧能泰认为，无线充的功率转换效率还是比有线充的功率转换效率低，因此即使有手机取消有线充改为纯无线充，有线充仍会占据主流的充电市场。
 
假如未来有手机完全取消充电口，肯定对相关元器件及芯片厂商造成冲击。首先无线充方案会得到飞快的发展，无线充发射端（TX设备）会得到高速发展，而无线充的接收端（RX设备）也会快速普及起来。类似电动牙刷、电动剃须刀会快速使用无线充充电。对于有线充的电源适配器的市场基本不受影响，因为在无线充应用场合下，有线充的受电设备只是由手机变为无线充的TX端，总体需求不变。
 
至于未来电源适配器的发展路线，谢仁践表示，未来几年，市场将向着小型化、轻量化、支持多口输出、多口智能动态功率分配等方向发展。电源管理芯片的发展方向是高频化、高度集成化、大功率化，支持QR、ACF、ZVS等先进控制方式越来越多。协议芯片走向高集成化、外围电路数量最小化方向发展。
 
而充电器则向着更高的输出功率，支持比20V更高的输出电压（如28V），100W-200W甚至更高的输出功率；多口输出，支持智能动态功率分配等；创新型拓扑，支持多口功率输出，同时满足较高的能效要求等方向进发，在这其中存在大量机遇。
 
无外接口的手机必然是未来手机的下一个形态，但这需要无线充电技术发生飞跃，比如出现远距离充电才可能实现，不然消费者只不过是将充电线从手机下端放到了手机背部，没有本质性的区别。而这种技术短期内很难实现，因此有线充电在未来一段时间仍然占据主流。
 
小结
 
苹果、三星、小米不再附带充电器的方式，未来也必然会引领更多的跟风者，除了使第三方企业获得收益以外，也在一定程度上将打破各家的充电协议壁垒，让USB PD成为最后赢家。GaN的出现，不仅让消费者获得更好的体验，也让企业拥有更高的利润率，而在未来，更高输出功率成为必然方向，也将推动者GaN充电器的进一步发展。

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