蘋果、小米的這些操作 讓USB PD、GaN笑出了聲

電子發(fā)燒友報(bào)道（文/黃山明）或許誰也沒想到，繼蘋果、三星不再附贈(zèng)手機(jī)電源適配器的操作之后，國內(nèi)廠商的跟進(jìn)速度會(huì)這么快。但更沒想到的是，在小米的一陣運(yùn)營之下，GaN充電器或許將徹底進(jìn)入到消費(fèi)者的手中，一個(gè)新的時(shí)代，即將拉開序幕。

雖然終端廠商給出了種種理由讓自己不再附贈(zèng)充電頭的操作合理化，但最終還是回到一點(diǎn)，這樣的動(dòng)作能夠幫助企業(yè)盈利。不附贈(zèng)充電頭能夠極大減少手機(jī)盒體積，提高運(yùn)輸效率，減少運(yùn)輸、倉庫成本。更何況小米也在價(jià)格不變的情況下將選擇權(quán)交給了用戶，避免了輿論的危機(jī)。

毫無疑問，不再附贈(zèng)充電器將變相提升企業(yè)的利潤。據(jù)Comprar Acciones數(shù)據(jù)顯示，蘋果預(yù)計(jì)在2021年生產(chǎn)2.3億部iPhone，假設(shè)其中有超過一半的用戶購買了價(jià)值149元的20W“快速充電器”，那么將帶來171.35億元的增量市場(chǎng)空間。

取消電源適配器 讓USB PD成為最大贏家

對(duì)于第三方電源適配器企業(yè)而言，終端廠商所釋放的空間無疑將帶來一場(chǎng)狂歡。南京沁恒微電子股份有限公司產(chǎn)品總監(jiān)王曉峰表示，終端廠商取消附帶充電器，對(duì)于上下游各個(gè)快充行業(yè)相關(guān)的廠商來說都是一次絕好的機(jī)遇，必定會(huì)助推國內(nèi)的快充市場(chǎng)百花齊放。同時(shí)，對(duì)于快充協(xié)議的統(tǒng)一和兼容也是一件非常有利的事。

深圳慧能泰半導(dǎo)體科技有限公司CTO謝仁踐認(rèn)為，蘋果新機(jī)不再標(biāo)配充電器，除了本身帶了第三方快充巨大的商機(jī)，更是標(biāo)志著大一統(tǒng)的USB PD時(shí)代到來，為充電器互相兼容和減少地球的電子垃圾樹立了一個(gè)標(biāo)桿，同時(shí)加速了手機(jī)和筆記本電腦之外的設(shè)備采用USB-C和USB PD標(biāo)準(zhǔn)。

蘋果之所以干預(yù)取消附贈(zèng)充電器，除了能夠促進(jìn)環(huán)保以及增加企業(yè)利潤外，還在于充電技術(shù)并非蘋果的賣點(diǎn)，其多年以來的推出的5V1A充電器，被許多消費(fèi)者吐槽為工業(yè)時(shí)代的電子垃圾。

但安卓側(cè)則不同，不論是vivo、OPPO、小米還是華為，都有自己獨(dú)特的快充技術(shù)，協(xié)議互不相容。而高速閃充在如今電池技術(shù)發(fā)展受限的今天，能夠極大提升用戶的使用體驗(yàn)。廠商也為此投入了大量的研發(fā)及宣傳成本，因此放棄附贈(zèng)充電器所付出的成本要比蘋果更高，不過這樣操作反而能夠促進(jìn)快充協(xié)議走向統(tǒng)一。

王曉峰表示，目前的快充市場(chǎng)，從協(xié)會(huì)，到CPU廠商，再到手機(jī)品牌，各個(gè)廠商都在努力打造自己的充電“黑科技”，試圖讓充電達(dá)到更高的功率，形成品牌自己的獨(dú)有競(jìng)爭(zhēng)力，這種對(duì)技術(shù)的探索和努力是值得鼓勵(lì)的。

但另一方面，USB PD借助著其強(qiáng)大的通用性，大小通吃的功率范圍，還有背后USB-IF強(qiáng)大的影響力，成為了所有充電協(xié)議中的黑馬，被幾乎所有終端廠商的設(shè)備所兼容。

王曉峰認(rèn)為，目前的手機(jī)雖然協(xié)議各不相同，但無一例外的支持了PD協(xié)議，這樣就在保持著通用性的同時(shí)，又具有自家的特色技術(shù)，若消費(fèi)者購買了一個(gè)PD快充電源，可以獲得還不錯(cuò)的充電速度，若消費(fèi)者購買了一個(gè)終端廠商定制的電源，則可以獲得極致的快充體驗(yàn)。這樣“進(jìn)退自如”的策略無疑給消費(fèi)者帶來了福音。

對(duì)于目前百花齊放的快充協(xié)議，沁恒的方案是由PD協(xié)議來支撐起絕大部分手機(jī)的充電需求，其他協(xié)議則盡可能多的兼容支持，以保證一些較舊的設(shè)備的使用體驗(yàn)。相信隨著越來越多的設(shè)備支持越來越大的PD充電功率，消費(fèi)者的充電體驗(yàn)將會(huì)越來越好。

慧能泰方面則更希望協(xié)議能夠統(tǒng)一，謝仁踐指出，統(tǒng)一的方式就是基于USB PD的VDM（客戶自定義信息），通過VDM命令，系統(tǒng)廠商可以建立原裝設(shè)備的握手，甚至采用加密信息（如SHA256加密方式）識(shí)別原裝設(shè)備，這充分解決了系統(tǒng)廠商的設(shè)備安全并保護(hù)系統(tǒng)廠商的利益鏈。充電協(xié)議統(tǒng)一是個(gè)逐步實(shí)現(xiàn)的過程，現(xiàn)在一直在進(jìn)行，最終達(dá)到終極的統(tǒng)一。針對(duì)這么多充電協(xié)議，慧能泰的應(yīng)對(duì)方式是支持所有的主流快充協(xié)議，根據(jù)客戶的需求開放不同的私有協(xié)議。

盡管安卓廠商們?cè)诳斐浼夹g(shù)中投入了大量成本，并且出于考慮自身的設(shè)備安全并保護(hù)自身的利益鏈的目的，并不開放各自的充電協(xié)議。但隨著安卓陣營的三星、小米等廠商開始從不附贈(zèng)充電器中獲益時(shí)，其他廠商很難不跟進(jìn)，不附贈(zèng)充電器也將成為未來的常態(tài)。而這，對(duì)于USB PD協(xié)議而言，將是一個(gè)爆發(fā)的絕佳機(jī)遇。

GaN的出現(xiàn)是一場(chǎng)雙贏

在小米宣布將電源適配器與手機(jī)分離后，一個(gè)細(xì)節(jié)值得注意，即套裝版所配備的充電器皆為GaN產(chǎn)品。許多廠商已經(jīng)推出而來自己GaN產(chǎn)品，而OPPO在2019年下半年更是在OPPO Reno Ace中標(biāo)配了65W的GaN快充充電器。而小米此舉，也將加速普及GaN。

不僅是國內(nèi)的企業(yè)，有消息稱，Navitas半導(dǎo)體將在今年獲得來自蘋果的GaN充電器訂單，同時(shí)臺(tái)積電將為Navitas供應(yīng)GaN芯片。

作為第三代半導(dǎo)體材料的GaN，應(yīng)用在充電領(lǐng)域，相比普通充電器，GaN充電器可以通過升高開關(guān)頻率減小變壓器體積，能減小或者省略散熱片，解決了傳統(tǒng)PD充電器的發(fā)熱量大、散熱效果不佳的痛點(diǎn)。

圖源：Yole

據(jù)知名調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole數(shù)據(jù)來看，GaN快充有望成為消費(fèi)電子領(lǐng)域的下一個(gè)熱門應(yīng)用，CADR高達(dá)85%，預(yù)計(jì)全球的GaN功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模從2018年的873萬美元增長到2024年的3.5億美元。

如今廠商在充電領(lǐng)域技術(shù)突飛猛進(jìn)，高功率快充已經(jīng)較為常見，甚至市場(chǎng)已經(jīng)有多款100W以上的充電器面市，而GaN材料的特性也為廠商帶來一個(gè)更好的選擇。謝仁踐提到，大功率充電要求功率器件性能更好（如GaN等高性能功率器件），要求AC-DC和同步整流驅(qū)動(dòng)芯片支持先進(jìn)拓?fù)洹⒏哳l化、高效化，也要求快充協(xié)議芯片支持更高功率、更靈活的功率分配方式、更高的芯片集成度等。

真茂佳副總經(jīng)理任煒強(qiáng)認(rèn)為，GaN器件的應(yīng)用目的為了提升效率和功率密度，對(duì)于次級(jí)端的同步整流MOS也需達(dá)到同樣的效果，針對(duì)此應(yīng)用真茂佳半導(dǎo)體推出了100V G3 SpeedFETTM產(chǎn)品系列，此產(chǎn)品系列不但擁有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的Rdson*Qg、Rdson*Qoss水平，同時(shí)優(yōu)化了內(nèi)部緩沖網(wǎng)絡(luò)使瞬態(tài)VDS尖峰更低，EAS能力相對(duì)上代提升50%以上已經(jīng)超過普通Trench MOS水平。這樣GaN充電器的性能得以更好的發(fā)揮和更加的可靠性。

針對(duì)高功率，如100W以上的充電器，任煒強(qiáng)提到，這將會(huì)用到PFC和LLC 電路，真茂佳無論是原邊SJMOS、Diode還是次級(jí)的SR MOS都會(huì)有相應(yīng)的產(chǎn)品配合，同時(shí)專門針對(duì)上述應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)優(yōu)化。

不過高速快充讓充電電流更大、充電電壓更高、器件的工作溫度更高，所以對(duì)充電器和電池的安全也提出了更高的要求。各種保護(hù)功能，如過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過溫保護(hù)等的要求也更高。

對(duì)此，真茂佳給出了兩個(gè)降溫的解決方案，一、降低器件的損耗，如上所述要提升器件的性能。二、熱設(shè)計(jì)，分為系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)和器件的熱設(shè)計(jì)。針對(duì)器件熱設(shè)計(jì)目前真茂佳半導(dǎo)體通過新的封裝形式優(yōu)化散熱。

部分品牌GaN充電器情況匯總|方正證券

在如今快充大行其道之下，供電功率一再上漲，這也導(dǎo)致不少充電器體積不斷增大，也降低了攜帶的方便性。GaN的出現(xiàn)，不僅解決了體積問題，還能夠支持更高功率，降低發(fā)熱量，提升了消費(fèi)者的使用體驗(yàn)。而對(duì)于企業(yè)而言，相比普通充電器，GaN產(chǎn)品價(jià)格普遍較高，擁有更高的利潤率，也讓企業(yè)擁有更強(qiáng)的推廣意愿。

有線充電仍是主流 未來向小型化、輕量化方向發(fā)展

就如同當(dāng)年蘋果率先取消耳機(jī)孔，然后迎來了TWS的盛世，而今蘋果也率先取消了附帶充電器，又會(huì)否再次取消充電接口，讓無線充電迎來曙光。從蘋果如今推出的MageSafe來看，蘋果正在朝著這個(gè)方向努力。

真茂佳方面認(rèn)為，無線充電在某些應(yīng)用場(chǎng)景存在便利美觀的優(yōu)勢(shì)，尤其是無線充電和汽車、家具等的融合，相信這些領(lǐng)域會(huì)有明確的趨勢(shì)，但完全取消充電口還要取決于無線充電的效率和功率。這對(duì)芯片廠將會(huì)是一個(gè)機(jī)遇，真茂佳半導(dǎo)體已經(jīng)有多款產(chǎn)品用于國際一流廠家相關(guān)產(chǎn)品。

而慧能泰認(rèn)為，無線充的功率轉(zhuǎn)換效率還是比有線充的功率轉(zhuǎn)換效率低，因此即使有手機(jī)取消有線充改為純無線充，有線充仍會(huì)占據(jù)主流的充電市場(chǎng)。

假如未來有手機(jī)完全取消充電口，肯定對(duì)相關(guān)元器件及芯片廠商造成沖擊。首先無線充方案會(huì)得到飛快的發(fā)展，無線充發(fā)射端（TX設(shè)備）會(huì)得到高速發(fā)展，而無線充的接收端（RX設(shè)備）也會(huì)快速普及起來。類似電動(dòng)牙刷、電動(dòng)剃須刀會(huì)快速使用無線充充電。對(duì)于有線充的電源適配器的市場(chǎng)基本不受影響，因?yàn)樵跓o線充應(yīng)用場(chǎng)合下，有線充的受電設(shè)備只是由手機(jī)變?yōu)闊o線充的TX端，總體需求不變。

至于未來電源適配器的發(fā)展路線，謝仁踐表示，未來幾年，市場(chǎng)將向著小型化、輕量化、支持多口輸出、多口智能動(dòng)態(tài)功率分配等方向發(fā)展。電源管理芯片的發(fā)展方向是高頻化、高度集成化、大功率化，支持QR、ACF、ZVS等先進(jìn)控制方式越來越多。協(xié)議芯片走向高集成化、外圍電路數(shù)量最小化方向發(fā)展。

而充電器則向著更高的輸出功率，支持比20V更高的輸出電壓（如28V），100W-200W甚至更高的輸出功率；多口輸出，支持智能動(dòng)態(tài)功率分配等；創(chuàng)新型拓?fù)?，支持多口功率輸出，同時(shí)滿足較高的能效要求等方向進(jìn)發(fā)，在這其中存在大量機(jī)遇。

無外接口的手機(jī)必然是未來手機(jī)的下一個(gè)形態(tài)，但這需要無線充電技術(shù)發(fā)生飛躍，比如出現(xiàn)遠(yuǎn)距離充電才可能實(shí)現(xiàn)，不然消費(fèi)者只不過是將充電線從手機(jī)下端放到了手機(jī)背部，沒有本質(zhì)性的區(qū)別。而這種技術(shù)短期內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)，因此有線充電在未來一段時(shí)間仍然占據(jù)主流。

小結(jié)

蘋果、三星、小米不再附帶充電器的方式，未來也必然會(huì)引領(lǐng)更多的跟風(fēng)者，除了使第三方企業(yè)獲得收益以外，也在一定程度上將打破各家的充電協(xié)議壁壘，讓USB PD成為最后贏家。GaN的出現(xiàn)，不僅讓消費(fèi)者獲得更好的體驗(yàn)，也讓企業(yè)擁有更高的利潤率，而在未來，更高輸出功率成為必然方向，也將推動(dòng)者GaN充電器的進(jìn)一步發(fā)展。

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