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苹果引爆PD3.1+GaN快充热潮,全球电源产业玩家争先布局
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苹果引爆PD3.1+GaN快充热潮,全球电源产业玩家争先布局
发布时间: 2021-12-10
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2021年,距离USB-IF发布PPS已经过去四年,如今最新的USB PD3.1快充标准支持最高48V的电压输出,充电功率同步提升至240W,是 十一年前的32倍! 加上目前氮化镓技术日渐成熟,能够让大功率快充在体积方面得到控制,可谓是USB PD3.1的绝配。


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来源:苹果官网


作为行业标杆,苹果近期也发布了旗下首款氮化镓技术充电器,并在全球范围内率先支持USB PD3.1快充标准,一举刷新了USB PD充电器单口输出最高功率,达到140W图片,用行动证明了快充市场的未来发展方向。 ELEXDON 2022将升级打造 电源与储能技术主题展馆 ,云集国内外厂商同台竞技,从技术创新到市场化应用,共襄PD快充及氮化镓产业新一轮机遇~



01


USB PD3.1开启“万物皆可快充”时代!

全球电源产业链蓄势待发



USB PD快充标准发展近十年,期间经历了多次标志性的迭代。其中,USB PD2.0是真正量产商业的快充标准;USB PD3.0更新了协议识别功能;USB PD3.0 PPS快充标准实现了对大部分私有快充协议的兼容,已经成为 目前安卓手机市场应用最广泛的一种快充充电标准。


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今年推出的USB PD3.1标准则进一步提升了USB PD快充标准的通用性, 新增28V、36V、48V三个电压档位 ,将USB PD3.0最大输出的100W功率提升到140W、180W和240W,分别对应的是6节电池、8节电池和10节电池的应用;除了手机、笔电等消费类产品外,还可用于显示器、服务器、电动工具、安防POE供电、两轮电动车、IOT物联网设备等领域,实现了“万物皆可快充”的愿景,同时也将带来USB Type-D接口“大一统”的局面!


例如目前内置电池的电动工具普及度越来越高,仅2020年电动工具的出货量达到了 4.9亿台 ,而大部分电动工具都是采用多串的锂电池组供电,USB PD3.1标准的发布将推动电动工具从传统线性充电向USB PD快充的迭代,并可简化充电电路设计,降低总体成本并改善快充体验。


在前不久,我国 数模混合ID设计企业——英集芯 就推出了颠覆性产品:一款升降压架构、支持2到6串锂电池、磷酸铁锂电池充电的 电源管理芯片IP2368 ,用一颗芯片就能让传统电动工具无缝升级USB PD快充,即沿用手机充电器、充电线就可以给电动工具充电,并且支持最大100W的充电功率,大大节省了充电时间,提升工作效率。


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苹果140W USB-D充电器的推出,标志着USB PD3.1快充实现了从标准到产品应用的突破,同时也 为整个电源行业带来全新的市场 ,尤其是快充芯片、MOS、协议芯片、E-Marker芯片、充电线缆、USB-D连接器等相关产业链将获得重大利好。


全球功率半导体龙头——英飞凌 早在PD 3.1协议发布两个月后,就于德国慕尼黑推出了全球首款支持PD 3.1协议的控制器芯片PMG1-S3。值得一提的是,苹果140W USB-D充电器采用的也是英飞凌的PD 3.1协议的控制器芯片,但并不是PMG1-S3,而是由苹果向英飞凌定制的协议芯片 DYPD3135


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来源:英飞凌


PMG1-S3 是英飞凌的第一代高压微控器,据英飞凌官方介绍,该芯片支持PD 3.1的快充协议,最高输出功率为140W,可应用于最高28V/5B的高压大功率嵌入式系统中。PMG1协议芯片均内置MDU微处理器,可提供额外的控制功能。为提高这款芯片的易操作性,英飞凌还为其加入了可编程模拟和数字模块,通过编程可将一些智能模组和传感器集成到应用中,提高芯片的可操作性。


在本次USB PD3.1标准的制订过程中,无论是终端硬件还是芯片原厂,我国本土企业都开始参与进来。既 加强了本土产业链与USB-IF协会之间的沟通协作 ,同时也可以借助中国本土厂商在产业链方面的优势,推动新标准的快速商用。图片


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为了应对快充市场的发展需求,中国芯片厂商 英集芯 紧随其后推出了支持USB PD3.1标准的 快充协议芯片IP2736 ,一举成为国内率先拥有USB PD3.1快充芯片的原厂,同时也为迅速崛起的USB PD3.1快充市场的提供了重要保障。


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来源:英集芯


作为国产模拟芯片替代浪潮中的开拓者—— 南芯半导体 ,针对USB-PD适配器市场,现已推出基于不同平台的多种组合解决方案,例如集成DD和两组DPDM快充接口的 快充协议芯片SD2021B 。这是一颗高度集成的快充协议控制器,包含一组DD以及两组DPDM快充接口,支持Type-D PD3.1、PPS协议快充;同时内部集成32bit高性能MDU 核,支持丰富的电源控制接口,功能十分强大。


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来源:南芯半导体



02


GaN大功率快充市场持续升温,

一线手机品牌及芯片原厂纷纷入局



随着苹果亲自下场为GaN技术“背书”,GaN大功率快充市场持续升温,从30W到65W及更高功率、从智能手机到笔记本电脑等快速渗透。据TrendForce预计,2025年GaN解决方案在快充市场的 渗透率将达到52% 图片


不只是苹果,目前联想、华硕、戴尔、小米、华为、OPPO、努比亚、魅族等,全球多家知名笔电、手机厂商都已经入局了氮化镓快充,氮化镓的性能得到充分验证。同时,让整个行业欢欣鼓舞的是,氮化镓已经 写入十四五规划 ,这意味着国家层面的大力扶持。


加上手机厂商 取消附送充电器 的做法,彻底释放的快充市场需求,刺激了氮化镓市场的快速增长,也为更多氮化镓厂商带来了新的发展机遇。


一直活跃在消费类电源市场中的 氮化镓功率芯片原厂——纳微半导体 ,近日向媒体透露正在开发一款符合USB PD3.1快充标准的 48V 5B电源方案 ,积极布局未来快充市场。据悉,这款240W快充电源采用先进的图腾柱PFD+LLD架构,同时应用了纳微半导体最新一代GaNFast氮化镓功率芯片,且PDB尺寸仅为91mm × 50mm × 22.4mm,折合功率密度约为2.35W/cm³,是当前100W-120W快充电源功率密度的2倍。


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来源:纳微半导体


在国内, 第三代半导体行业独角兽——英诺赛科 ,近日也推出了 从65W到240W全系列 Bll GaN解决方案 ,助力USB PD 3.1快充发展。其240W Bll-GaN方案采用INN650D150B*4+INN650DB260B*2+INN150LB070B*2共8颗氮化镓器件,Totem pole 无桥PFD+LLD架构设计,DEMO尺寸85*55*20.5mm,只有银行卡大小,功率密度41W/in³,最大输出功率240W,效率高达96.5%。


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来源:英诺赛科


作为氮化镓快充控制器国产化的先驱, 南芯半导体 也率先实现了氮化镓控制芯片的自主可控。为应对中小功率的PD快充电源市场,南芯半导体推出了 集成氮化镓功率器件的控 制器SD305x系列 。其独特的EPBD可用于大电流应用场景,拥有优异的电气性能,引脚功能区块化,简化PDB设计的同时可获得更好的热体验;集成了分段式供电,应对超宽输出电压范围,让外围电路变得更加精简,能够加速实现快充电源产品的小型化。


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来源:南芯半导体


随着氮化镓技术及市场化应用逐渐成熟,大规模量产将带来巨大的成本优势,未来的快充市场也将被氮化镓技术彻底激活,不断刺激传统快充配件市场全面开启产品迭代模式。


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