不止于充电器！手机内置GaN器件会成为下一个趋势？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）在短短几年间，GaN材料就与“快充”这个词紧密关联了起来。在快充需求下，GaN已经几乎在手机、笔记本等设备的充电器上实现普及，从18W到240W的充电器都已经用上GaN器件。而更大功率需求的服务器电源、甚至新能源汽车OBC上也将会用到GaN器件。

不过最近realme发布的一款手机让人感到好奇，据称是全球首发全链路GaN百瓦闪充，还是全球首个内置GaN充电保护的手机，在手机端引进了GaN功率器件。确实，一直以来我们都只在充电器、电源等产品上看到GaN的出现，而手机厂商对快充的宣传，也是针对充电器的。那么手机内置GaN器件，有必要吗？这会成为接下来手机行业的趋势吗？

GaN用在手机上，有什么用？

我们知道，GaN在充电器等应用上，主要是通过GaN材料的特性，使得使用GaN材料的功率开关器件在开关频率、开关损耗、导通损耗等相比硅MOSFET有明显优势，在电路设计中可以大幅缩小变压器尺寸，设计出更高效、功率密度更高的电源。

而根据realme副总裁徐起在发布会上的介绍，“真我GT2大师探索版是全球首个内置GaN充电保护的手机，创新性地将氮化镓引入手机端，大大节省手机内部空间，降低发热峰值，实现了体积降低64%，峰值功率发热降低85%。保证手机在充电过程中更高效，更安全。”

所以GaN引入手机，似乎同样起到缩小体积、提高效率（降低发热）的作用。从这款手机支持100W快充、搭载5000mAh电池的情况下，可以实现机身厚度8.17mm、重量仅195g的轻薄效果，或许说明GaN在手机端上的应用是有实际提升的。

从公开信息了解到，这次被用于手机内的GaN器件是来自国内厂商英诺赛科的BiGaN系列产品之一，此前OPPO就已经展示过英诺赛科BiGaN系列产品中的INN40W08开关器件在其手机主板上的应用。

根据英诺赛科官网上提供的资料，INN40W08支持双向开关，以及超低导通电阻的特性，可以应用在高压负载开关电路、智能手机USB端口的过压保护、以及多电源系统中的开关电路。

过去手机内部的功率开关器件都采用硅基MOSFET，由于快充的需求，硅基MOSFET在手机内部占用体积较大，同时较高的阻抗，使其在目前动辄60W以上的大功率快充应用中，会导致手机快充过程中发热严重。

与此同时，快充的功率，其实在很大程度上受到温度的限制。目前手机快充的峰值功率往往只能维持一分钟左右，因为温控、安全等各种原因，在到达峰值功率一段时间之后就会呈现功率阶梯式下降的趋势。那么如果将手机上的功率开关器件从Si更换成GaN，可以降低快充过程中的发热，也就变相提高快充峰值功率维持的时间，缩短充电时间。

据称，realme利用一颗BiGaN替代之前的共漏连接的背靠背两颗NMOS，实现电池的充电和放电电流的双向开关，使相同占板面积下的导通电阻降低50%，温升降低40%。

GaN器件的应用场景或许还有很大开发潜力

这次OPPO和realme在手机端应用GaN器件，可以称得上开拓了一个新的应用场景，也似乎在提醒着我们，GaN器件的应用场景其实一直还在挖掘的过程之中。

目前GaN器件主要用在充电器、服务器、PC电源等，其中消费电子领域，比如快充等是GaN近几年间增长的最大驱动力。根据Yole Développement数据，2021全球GaN功率器件市场规模为1.26亿美元，预计2021-2027年期间复合年增长率为59%，2027年全球市场规模高达20亿美元。

目前GaN功率器件最大的应用市场是消费电子，比如PC电源、手机充电器等，其次是数据中心、5G通信基站电源等应用。2021年，GaN功率市场中消费电子应用占比约为63%，通信基站、数据中心等应用占比约21%，而工业和汽车应用的占比分别为7%、4%左右。

而汽车市场上，同为第三代半导体的SiC已经开始大规模导入电动汽车，但同时，电动汽车也是GaN功率器件未来最具潜力的市场之一。GaN在电动汽车上可以应用于高压电池以及低压电池的保护、DC-DC转换器、OBC车载充电机、电机驱动模块等领域。

短期来看，GaN功率器件在11kW、6.6kW、22kW的OBC，以及4kW的DC-DC中，相比于SiC具有非常明显的成本优势、系统效率优势、功率密度优势。在电动汽车驱动和电池平台上，目前中高端车型的趋势是800V系统，但由于成本等原因，预计2030年全球范围内主流还会是400V平台。而SiC相比于GaN在功率应用上的优势主要在于1200V以上的超高压，所以在电动汽车上，随着成本、产能等优势凸显，GaN功率器件有望在电动汽车400V平台上得到广泛应用。

实际上GaN功率器件被大规模应用的历史，至今也不过五六年时间。随着GaN上下游玩家的不断增加，以及器件本身价格的持续下降，未来GaN将持续取代传统硅功率器件，并渗透到更多的应用领域。