pd|氮化镓和5G：那些我们不了解的高端技术竟然偷偷在一起

过去的2020 年是 5G 手机大爆发的一年。5G 手机无疑为大家带来了更快的上网体验，更快的下载速度、低延时，高达10Gps/s 的理论峰值速率，比4G 手机数据传输提升10倍以上，延时更是低至 1ms，比4G手机缩短10倍。当然，5G对数据传输速度提升，更强的CPU处理性能也对手机的续航能力提出了更高要求。为此，不少手机厂商为5G手机配备更大容量的电池，采用更高的充电功率，并在充电器上引进最新的氮化镓技术，实现在提高充电器功率的同时，将体积控制得更小巧。而这里其实有一个有趣的事实：这项为5G手机带来更好充电体验的氮化镓技术，其实也在5G技术领域中得以广泛应用。为什么氮化镓拥有如此神力？我们先来了解一下它究竟是什么。什么是氮化镓氮化镓是新一代半导体材料。材料对于技术的影响相信大家都知道，比如我们手机的处理器，实际上就是由纯净硅经过最尖端的技术加工而成的。氮化镓GaN是氮（N）与镓（Ga）的化合物，在半导体产业里，地位实际上是硅的“替代者”，它比传统硅有着更多显著优势。氮化镓功率芯片能够在其独特的结构中结合更高频率、高功率密度和高效率优势，从而比硅的频率提升至10倍左右。所以行业内普遍认为，氮化镓功率芯片凭借着前所未有的性能表现，将成为第三次电力电子学革命的催化剂。氮化镓在 5G 通讯的应用氮化镓GaN相较于传统硅（Si）元件有着更高的工作频率。硅元件的切换频率极限约65~95kHz，再高就可能会造成器件的耗损与不必要的能量消耗。但氮化镓GaN制作的功率元器件在高频率阶段依旧有非常不错的效率，并且稳定度也更高。
文章插图
以往，研发人员在航空电子设备、雷达、电子战干扰器、通信基础设施设备、卫星、军事系统、测试和测量仪器仪表以及射频检测方面面临着尺寸、重量和功率的重大需求。而氮化镓独有的高频率特性，能够让周边功率元器件的体积适当减小，这与让未来的 5G 基站密度高所需要的特性相符。根据 Strategy Analytics 预测，RF GaN元件（射频氮化镓）的市场规模从2018年起步到未来的2023年，5G通讯设备里，低于6gHz的频段GaN元件会逐渐成长。未来不管是手机还是笔记本电脑中，使用基于氮化镓的射频器件，来收发移动网络和 WiFi 信号将会成为普遍现象。而根据法国专业科技产业市场调研机构 Yole Développement 的估计，氮化镓GaN 可能在射频功率元件领域达到市场占有率的 50％。而如果未来苹果公司也采用氮化镓技术，则市场占有率可能会达到 93％，一举成为市场主流。讲到这里，相信大家已经能够感受到氮化镓技术的革命性了。不过5G 毕竟是专业技术，现在大家在谈的“氮化镓”，其实是它的另一处大应用：氮化镓在充电器领域的应用说到氮化镓在充电器领域的应用，不得不提的就是纳微半导体。它是业内首家在PD充电器行业大规模量产的公司，让PD充电器技术革命得以初步实现。纳微 GaNFast功率芯片它可以提供比传统硅芯片高100倍的开关速度，同时节省高达40%的能量通过SMT封装，GaNFast 氮化镓功率芯片实现氮化镓器件、驱动、控制和保护集成。
文章插图
传统硅材料在电源行业中应用发展几十年了，现已到达它的物理极限，发展空间有限。用硅器件设计出来的充电器体积大，效率低，相比氮化镓不占优势。氮化镓材料最早是从发光二极管LED及射频RF两大领域进行我们的视线，从2014年开始进入PD充电器的应用领域。氮化镓功率芯片在尺寸和重量上都比传统硅有优势，其体积只有后者的一半。并且随着氮化镓技术的铺开，氮化镓充电器也有了多变化。不少数码品牌也在氮化镓充电器领域持续发力，比如以国民数码品牌绿联为例，最早凭借四口输出 65W 氮化镓充电器开启了品牌在氮化镓领域的新篇章。通过氮化镓黑科技的加持，多组输出充电器的小巧与高功率得以兼得。