快充市场爆发！GaN成大“红人”

半导体材料作为产业发展的基础，几代更迭后，以氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体逐步受到关注。根据市场研究机构预测，全球GaN市场规模预计到2024年将达到20亿美元，复合增长率为21%。

凭借出色的效率及高速切换频率，采用GaN制成的功率器件开启了功率电子的新时代。特别是在充电器市场，GaN器件制作的充电器体积小、重量轻，在发热量、转换效率上比硅基器件制作的充电器有显著的优势，大大改善了用户的使用体验。

功率大、体积小、通用性、低成本——充电器四趋势

从技术到市场需求，充电器在近年来发生的变化有目共睹。在近日举办的“英飞凌CoolGaN IPS第三代宽禁带（WBG）功率半导体媒体沟通会”上，英飞凌电源与传感系统事业部应用市场经理卢柱强对充电器市场趋势总结为四方面。

首先是大功率。“手机充电器的功率一年比一年大。”卢柱强表示，用户追求在短时间内的充电量，时间短、速度快是避免电量焦虑的有效办法。移动互联应用的需求增加，电池容量随之不断增加，到了5G时代，电池的容量更是质的飞跃。与此同时，充电器的功率也会倍增，尤其是在峰值功率方面。

其次充电器尺寸将更小、重量更轻。换句话说，这也就是要求充电器的功率密度越来越高。

第三是通用性。现在市场中较为流行的是Type-C接口充电器，其将是趋于统一的应用方向。而现阶段，全球仍有不同充电接口在大量使用，通用性将是强烈诉求。

低成本也是充电器发展趋势之一。在追求技术质量的同时，成本做到尽可能优化。

方案、功率开关管——快充方案两要素

“在英飞凌与赛普拉斯合并之后，英飞凌可以为充电器设计提供一站式的解决方案。”卢柱强介绍，英飞凌正是基于以上四方面，为客户提供优质的半导体方案。

英飞凌是为数不多的能够全部供应硅、碳化硅和氮化镓三大类材料产品的功率半导体厂家。

卢柱强强调，氮化镓快充迅速开始渗透手机和笔记本电脑等电子设备的配件市场，市场容量有望迅速扩大，各大主流电商及电源厂也在摩拳擦掌。

谈到充电器，自然离不开方案。在方案层面，英飞凌已经能够提供从18W到100W整套系列、覆盖各个功率段的方案。

另一方面，功率器件的功率开关管也决定了它的性能及整体竞争力。在高压MOS管方面，不得不提英飞凌的CoolMOS系列。1998年，英飞凌成功推出CoolMOS系列；到了2001年，

C3系列奠定了英飞凌MOS管在电源行业的领导地位；从2003年起，英飞凌逐渐引领整个功率半导体市场。之后，英飞凌针对不同的细分领域，根据客户的痛点，结合新的产品方向，系列产品更新迭代。

除了高压MOS，英飞凌低压MOS产品OptiMOS第五代已经批量发货。在每代产品的变更和迭代创新过程中，与内阻和开关相关的指标参数有约25%的优化。其中，OptiMOS PD系列是专门为充电器应用而开发和定义的产品，兼顾满载、重载和轻载的效率。

CoolGaN IPS推出——引领GaN市场变革

目前，氮化镓在充电器领域备受欢迎，主要是利用了GaN的一大优势就是减少开关损耗，特别是在高频开关应用方面，在频率提高的时候，控制可以更精准。

“然而，氮化镓这一极很容易损坏，频率越高、震荡越大，越容易坏，所以自然而然我们想到把驱动IC和开关器件集中起来，放到同一个封装里面，以减少外部互相的干扰，提高它的可靠性，同时也更易于给工程师做设计。”卢柱强详述，一方面利用了氮化镓的高频特性，一方面又可以避免高频下与驱动之间的距离不可控，产生的一些可靠性和设计难度的问题。基于此背景，英飞凌的IPS应运而生。

2021年，英飞凌推出集成式功率级（IPS）产品CoolGaN IPS系列，成为旗下众多WBG功率元件组合的最新产品。

代表产品 600 V CoolGaN 半桥式 IPS IGI60F1414A1L适合低功率至中功率范围、小型轻量化的设计应用。外观为8x8 QFN-28封装型式，针对散热效能进行强化，可为系统提供极高的功率密度。此产品包含两个140 mΩ / 600 V CoolGaN 增强型（e-mode）HEMT 开关以及英飞凌 EiceDRIVER™系列中的电气隔离专用高低侧栅极驱动器。

隔离栅极驱动器拥有两个数字 PWM 输入，让 IGI60F1414A1L 更易于控制。 为了达到缩短开发时间、减少系统物料清单项目和降低总成本等目标，利用集成隔离功能、明确分隔数字和电源接地以及简化PCB配置等，皆是不可或缺的要素。栅极驱动器采用英飞凌的单芯片无磁芯变压器（CT）技术，将输入与输出有效隔离。 即便在电压上升或下降速率超过 150 V/ns 的超快速切换瞬时下，仍可确保高速特性和杰出的稳定性。