低压|集微咨询：千呼万唤始出来的苹果GaN快充，拉开下一个GaN爆点的序幕( 三 )
例如在80V-150V平台的数据中心应用中，服务器电源由功率因数校正(PFC)级（例如推挽电路）和一个谐振DC/DC级（LLC谐振转换器）组成，输出电压通常为12V。为了节省大量能源，从而降低电力成本，目前的趋势是向48V电源发展。而更高的电压可将输电线路上的功耗最高减少到原来的1/16。氮化镓技术可以让转换器的每一级都受益。对于功率因数校正级，其低电容和零反向恢复可以允许配置一个简单的推挽电路；对于LLC转换器级，其更快的开关速度和更小的损耗使其可以采用更小的磁体和电容。此外，氮化镓技术使得在同步整流中死区时间最上，同时也也减少了了损耗。最终的结果就是大幅提高了服务器主板的功率密度。
而在30-60V平台应用的电源系统更贴近消费和移动电子设备，而最大的市场就是消费类市场，30-40V的GaN器件可以支撑消费类电子包括手机、PC等的主板的充电密度大幅度提升。我们平常所说的充电功率xx瓦，是主板、电池等各个部件的性能的综合体现。现在快充遇到的问题，不是适配器的功率提不上去，而是主板的功率密度提不上去，原因是发热太高带来了一些安全隐患，也就造成了一些使用限制。因此这类应用在提升功率密度的充电密度和充电功率的情况下，一定要控制发热，其关键是要把功率器件的损耗降低，这方面GaN的优势就得到了很好的体现。另一方面，随着功率的提升，占板面积变大，智能手机这些小型的设备对占板面积要求非常苛刻，大部分面积用于电池和摄像头等模组，要在尽可能小的占板面积内实现更大的功率，就面临着非常大的挑战。这就是另一个设计关键，在提升功率的时候，怎样保证占板面积不变甚至缩小。在这里GaN的高频特性又发挥了重要作用。
因此，集微咨询（JW insights）认为，GaN高频特性带来的优势不仅仅是性能上的收益，在减小面积、周围感性器件、容性器件的使用减少等方面更是整个BoM的收益。而高频只能在低压的场景下来实现，不可能在高压650V把频率做到1MHz以上，因为现阶段的变压器的磁性器件还无法匹配频值的升高。在低压范围内，现有的BCD工艺，CMOS的集成或分立工艺的频率，小功率应用最高能做到1.2MHz，大功率的应用例如服务器电源在700KHz左右。GaN器件频率理论上在大功率下可以达到10MHz，小功率下更高。因此只有把频率做高，才能真正发挥氮化镓的优势，也就意味着在当前低压应用能够最大程度地发挥其优势。
30V-40V的GaN器件可支撑消费类电子产品主板充电密度和功率的大幅提升。长期来看，以GaN为基础的48V电源架构的革新，将实现消费类电子产品主板电源的“All-GaN”解决方案。因此，不论是智能手机、数据中心，5G或是电动汽车等对功率器件同样要求更小尺寸、更大功率、更低损耗的低压氮化镓应用，将成为未来氮化镓主要的增长市场。
文章插图
Yole对GaN功率器件市场的预测，但行业普遍认为该数据较为保守
随着各领域SoC集成度、数据处理能力的大规模提升，对其供电系统的高频、高功率密度需求越来越迫切。这种市场诉求，结合低压氮化镓技术的不断成熟，竞争力提升，将大大加速低压氮化镓生态的发展和成熟，成为氮化镓大规模商用的真正爆点。根据Yole估计，在0~900V的中低压应用中，GaN都有较大的潜力。按照整体市场154亿美元来推测，占据68%的该部分低压市场都是GaN的潜在市场，约有105亿美元。
结语
在2019年之前，GaN功率器件主要还是一些小众应用领域。但自从使用GaN技术的智能手机快充（>28瓦）问世后，其更小的外形尺寸、更高的效率和性价比，使之在手机以及笔记本电脑应用中备受青睐。GaN的主要应用是开关电源(SMPS)，因为它可满足快速开关和高效率的需求。IHS Markit预测便携电源适配器（我们现在看到，氮化镓技术开始在便携电源适配器中加速使用，随着这一领域获得成功，预计它将会在更高功率、更为关键的一些应用领域得到应用。
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