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GaN那么优秀,为何并非无线快充首选?

GaN那么优秀,为何并非无线快充首选?

手机厂家的连环出击,让消费者目不暇接,也引发了大家对快充的关注潮。关于GaN(氮化镓)、有线充电、无线充电、小功率设备、大功率设备……您或许对此还有很多疑问。本期《国际电子商情》围绕无线充电,与业内专家共同分析了该行业的现状。

近半年来,国内手机厂针对快充市场可谓并驾齐驱。在有线快充方面,先有OPPO率先发布有线65W GaN快充充电器,随后小米、努比亚、魅族、华为也发布了同类产品。在无线快充方面,小米率先发布了40W无线闪充技术,华为紧跟其后推出40W无线快充套装,不料却被后发声的OPPO截胡——4月13日晚,OPPO正式发布Ace2机型,其配套的40W AirVOOC 无线闪充也于4月20号开售。cswesmc

手机厂家的连环出击,让消费者目不暇接,也引发了大家对快充的关注潮。关于GaN(氮化镓)、有线充电、无线充电、小功率设备、大功率设备……您或许对此还有很多疑问。本期《国际电子商情》围绕无线充电,与业内专家共同分析了该行业的现状。cswesmc

无线充和有线充并非竞争关系

一个完整的无线充电系统由发射端(底座)和接收端组成,发射端与电源连接,负责发射电磁波,接收端一般内置于终端设备中,负责接收电磁波。充电时,发射端紧贴或紧邻(最远约几厘米)接收端。就消费者的使用体验而言,无线充电在充电距离、转化率等方面的优势并不突出。所以有人认为,如果这些问题不解决,无线充电就很难超越有线充电。cswesmc

“我们不这么认为!”江西联智集成电路有限公司总经理助理吴传泽反驳道。据了解,该公司致力于打造国产高端无线充电芯片。“无线充电技术正处于应用的初级阶段,其便捷性受充电器安装数量不足的限制。只要嵌入式无线充电发射器得以大规模安装,未来把手机放在饭店的餐桌、影院座椅的扶手、高铁的窗台上,就能体验到很方便的无线充电。”cswesmc

他还补充说:“无线充电转换率也在逐年递增。市面上已经出现无线快充技术,例如华为27W无线超级快充、OPPO 30W无线VOOC闪充、小米40W无线快充以及Vivo即将推出的60W无线快充,它们的系统转化率超过了90%。”cswesmc

矽力杰半导体技术有限公司资深市场经理谭和海表示,15W以上的无线充电应用的系统转化率已经能与有线充电媲美。据悉,矽力杰主要参与无线充电的系统方案集成及IC设计。 “无线充电还有两大优势:第一,接口和协议统一,让消费者充电更便捷。第二,无线充电终端设备无需接口,防水、防尘性能更强。”他强调说。cswesmc

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中惠创智(深圳)无线供电技术有限公司董事总经理许向东cswesmc

中惠创智(深圳)无线供电技术有限公司董事总经理许向东也不赞同有线充电和无线充电存在竞争关系的说法。他解释道,无线充电不以取代有线充电为目的,两者是长期并存、协作发展的关系。实际上,无线充电的优势不是在充电距离和转化率方面,而是在安全性、便利性和科学性上。无线充电具备无电火花、高防尘防水、无外部接口、无繁杂的电源连接线等特点,可适用于水下供电、煤矿供电、无人机供电、人体心脏起搏器供电等特殊应用。 值得注意的是,无线充电的充电距离和充电效率也在稳步提升。在智能手机、智能手表等应用中,中惠创智方案的充电距离从毫米级发展到了厘米级。不但满足了把发射器嵌套在办公桌、餐桌底部的应用,而且还扩展到了平面式、轨道式和三维立体空间式等多种方式的应用。cswesmc

小功率无线充电不首选GaN

GaN晶体管理论上也能用于无线充电方案,只是其并非小功率设备的最佳选择。此处说的小功率的概念并无明显的划分界限,因为不同领域对大小功率定义并不一致,如在家用电器上千瓦才会被成称大功率电器,很显然该类划分在移动设备上并不适用。cswesmc

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表1两大主流无线充电标准cswesmc

小功率无线充电器多支持Qi标准,采用电磁感应技术,主要应用在智能手机、智能手表、TWS耳机等移动设备中,其充电距离近,转化率相对更高;中大功率无线充电器多支持AirFuel标准,采用磁场共振技术,主要应用在机器人、电动车等大型设备中,其充电距离较远,但充电效率相对较低。cswesmc

我们注意到,目前在市面上还没有批量量产的无线GaN快充。是GaN不够优秀吗?其实并非如此。GaN晶体管有较高的断态击穿强度,在导通状态下沟道导电性优异。较之传统硅晶体管,GaN晶体管可使电源效率更高、温度更低、尺寸更小,能满足大功率电源无散热片的设计。cswesmc

许向东表示,更高的功率也会带来更大的散热问题,如果两者达不到很好的平衡,相反会制约充电速度的提升。他以无线充电手机应用举例:手机用无线充电器中的传输线圈工作频率较低,按照Qi标准界定的87 kHz ~205kHz的频率范围,硅基晶体管器件能满足开关转换和效率控制方面的需求。如果在此频率基础上引入GaN功率晶体管,对无线充电功率、效率和散热的价值提升与GaN晶体管本身的潜在价值不相匹配,反而还会大幅增加产品的成本。cswesmc

“无线充电在手机、智能手表、TWS耳机上的应用最为成熟,这些终端设备的使用频率高、日均使用时间长,电池续航是它们的痛点。虽然GaN具有禁带宽度大、导热率高的特性,可让无线充电器的体积更小、效率更高、发热更低,但是迫于成本压力,在无线充电领域的应用还比较少。” 吴传泽说。cswesmc

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矽力杰半导体技术有限公司资深市场经理谭和海cswesmc

谭和海指出:“无线充电手机应用会朝着更高功率的方向发展,未来其功率有机会到达60W。不过,移动设备有空间的限制,比如TWS,它对成本比较敏感,‘如何做到低成本、高集成度’将是IC设计及方案商赢得市场的关键。GaN很难做到高集成度,其工艺和材料特殊也导致其成本高昂。因此,GaN更加适合大功率应用,而不是移动设备上。” 《国际电子商情》分析师了解到,最便宜的65W GaN快充头(有线充)的价格都已经卖到149元人民币。如果把GaN集成到支持Qi标准的移动设备无线充电器上,其成本会大大超出消费者所能承受的范围。另外,我们必须要考虑小功率设备往薄或小方向发展的趋势。如果强行把GaN应用在小功率无线充电中,就好比杀鸡用宰牛刀。不过,在电动汽车这类大功率应用中,无线GaN快充会有非常大的优势。未来,如何降低GaN的成本,是大功率无线快充亟待解决的问题。cswesmc

国产化程度较高,核心芯片依赖进口

在中国的无线充电产业链中,磁感应技术和磁共振技术均有追随者。磁感应式代表企业有易冲无线、劲芯微、伏达半导体等,磁共振式代表企业有中惠创智、楚山创新、微鹅电子等。cswesmc

从产业链环节来看,无线充电分为方案设计、电源芯片、磁性材料、传输线圈和模组制造五个环节。其中,方案设计、电源芯片的成本占比高,达到了30%以上。此外,它们的技术壁垒也较高,关键性技术仍被国外厂商掌握。cswesmc

据许向东介绍,国产无线充电产业链已初具规模。部分中资企业开始打入技术要求较高的系统集成、芯片环节,中外企业的竞争主要集中在技术门槛较低的磁性材料和传输线圈环节。此外,在技术壁垒和利润较低的模组封装制造环节中,国产企业具有较多优势。其他低利润部件环节,如隔磁片、胶带、双面胶、点胶机等,国产企业占有绝对优势。据悉,中惠创智主要参与方案设计和模组制造环节,在电源芯片环节也有业务拓展。cswesmc

放眼全球无线充电产业链,一些现状也值得关注:首先,国内外行业巨头及上游企业共同促成无线充电技术发展,形成了良好的生态环境。其次,行业巨头、科研单位发起了标准联盟并更新迭代了多版标准,国内相关标准也在布局中。再次,智能手机、智能手表的配套无线充电供应链相当成熟,在电源控制芯片、电路方案设计、电子元器件、产品组装、产品测试等各环节已进入竞争红海阶段。 针对国产无线充电产业链,吴传泽总结了两方面的特点:一方面,国内无线充电产业链起步早。2008年WPC联盟成立起,国内就有企业开始涉足无线充电。虽然国内无线充电手机应用起步晚,但却率先实现27W、30W、甚至60W无线快充。另一方面,我国无线充电产业链非常齐全。特别是在方案设计、材料及模组制造环节,贡献了全球绝大部分市场份额。不过,我国的无线充电芯片仍是短板,高端无线充电电源管理芯片还依赖进口。cswesmc

总而言之,我国的无线充电产业链还有成长空间。cswesmc

芯片供应商争先布局

无线充电已经应用在多个移动终端设备,不过一些一线手机品牌制订了私有协议,在一定程度上阻碍了无线充电配件市场的发展,这些问题仍待进一步解决。未来无线充电走向何方?国产芯片供应商又如何布局?cswesmc

许向东认为5G正式商用后,无线充电会有巨大的应用前景。5G创造万物互联的场景,为人们提供高速通信技术,在此基础上,无线充电大致会往三个方向发展:(1)往高集成度、芯片化方向,代表应用是智能制造。(2)往大功率、高效率、远距离方向发展,代表应用是无人驾驶。(3)往产品应用结合横向拓展的方向发展,代表应用是智慧家庭。据介绍,中惠创智针对以上应用都做了早期布局。cswesmc

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江西联智集成电路有限公司总经理助理吴传泽cswesmc

吴传泽非常看好无线充电市场,他认为在消费电子、小型电器设备、汽车电子、公用设施等领域,该市场都会有很好的表现。他还透露说,江西联智在这些领域,均有相关芯片和方案。cswesmc

谭和海预测:无线充电应用即将爆发,应用领域会从智能手机、可穿戴设备领域扩展到其他领域。他解释说,WPC一直在研发不同应用领域的协议标准,尤其是电动工具、机器人、电动自行车、无人机、笔记本电脑等大功率应用。目前矽力杰的无线充电发射及接收芯片可支持1W-40W的功率,未来也将提供大功率和低成本解决方案。cswesmc

本文为《国际电子商情》2020年5月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击 这里cswesmc

原创
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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