快充的变压器部分，需要对电流进行整流，整流需要半导体；和普通的硅片相比，氮化镓（GaN）[1][2]有更高的电子饱和速度，所以使用氮化镓。
快充就是充电功率大，功率依赖于充电的电压与电流。例如，苹果经典的5V1A，就是电压为5V，电流为1A。
显然，想要功率变大，要么加大电流，要么加大电压。但是，电流是不能直接加大的，因为我们使用的民用电源，是220V交流电，而手机电池使用的，是直流电，需要变压器进行变压。
交流电，电流方向随时间做周期性变化，我们需要把它整理成，电流数值方向基本不变的直流电。
简单的方法，将交流电串联一个二极管[5]，那么电压正弦函数就会失去下半部分（负的不能通过），只剩上半边，叫做半波整流。如果，将二极管如下图桥式连接，效果为对电流取绝对值，叫做全波整流。再使用一些其他手段，就能让电流更加平滑，最终变为直流电。所以整流需要一个，只允许单向通过电流的东西，半导体就是这么个东西。
半导体，就是半个导体，[6]介于导体和绝缘体之间。
根据量子力学基本假设，电子的能量是量子化的，只能具有某些特有的能量，对应的能量等级叫做能级。在一个宏观物体中，大量原子的相互作用，导致能级稍微变宽，变成一个能带。能带之间的能量带是电子不能具有的，叫做禁带。
例如，电子的能量可以为1eV[7]，也可以为2eV，但是不能为1.5eV，那我们就说1.5eV在禁带之中。那么，具有1eV的电子，接收到能量后，只能跳到2eV能级所处的另一个能带，而不能爬行穿越1.5eV这个能级所处的禁带。
对于半导体硅来说，掺杂不同的物质，可以改变禁带的情况。要么就是修改禁带的上侧，要么就是下侧，利于电子的跃迁[8]。注意，这里的掺杂是必要的，否则电子会在外部电场的作用下，排列在半导体表面，与外电场抗衡，从而不能形成电流。
掺杂这个词容易产生误解，硅片中掺杂的杂质含量是非常少的，大约为百万分之一，所以对于硅片本身的纯度要求很高，99.9999999%这个级别。当然，单晶硅的制备和后处理方法，可以不断地进行提纯，例如退火和外延。
外延（辅生结晶）可以理解为，在制备好单晶硅之后，在晶体的表面继续生长，从而填补上晶体中原本的缺陷，当然，外延生长的材料也可以不是硅，例如氮化镓，自然价格会高于单晶硅本身。
氮化镓（相对于硅）具有更宽的禁带，不容易被击穿，能够承受更高的峰值电压，对应更高大的功率；既然功率密度大，那么就可以做的比较小；另一方面耐热，抗击辐射能力比较好，[9]
先解释一下什么是氮化镓（GaN) 。氮化镓是一种新的第三代半导体材料，第一代半导体材料硅（Si）。与硅材料相比，氮化镓（GaN）具有多种基础优势特性。该材料具有高临界电场，使其尤为适用于功率半导体器件，同时相较于硅质 MOSFET，氮化镓器件具备出色的动态特征导通电阻且电容更低。上述特性让 GaN 成为高速开关应用的理想之选。
使用了氮化镓器件的充电器充电速度更快，同时充电器的体积更小，携带更方便，因为氮化镓器件不仅可降低耗电和总系统成本，还能提高工作频率、功率密度以及系统整体效率，正日益受到充电器市场和厂商的重视。这一点，也可以从市场上不断涌现的氮化镓充电器新品得以印证，也点题为什么市面上很多快充都宣称用了氮化镓器件。
最后我们还是举贤不避亲的安利一下英飞凌的氮化镓产品。英飞凌是一家能同时提供硅(Si)、碳化硅(SiC)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和氮化镓(GaN)器件的公司，这一独特地位使其成为所有领域客户的首选。英飞凌近日发布了集成功率级（IPS）产品氮化镓IPS 系列产品，适用于充电器、适配器以及其他开关电源（SMPS）等应用，助力客户把握充电器市场发展机遇，缩短产品上市时间并建立竞争优势。
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GaN HEMT – 氮化镓晶体管 - Infineon Technologies若您想寻找更多应用、产品信息或想联系我们购买产品，欢迎点击此处填写您的个人信息及需求，我们将安排专人后续跟进。
此处一般的充电器用的功率管是硅功率管。氮化镓快充就是把硅功率管换成了氮化镓半导体功率管。体积更小发热更低，但是功能是一样的。功率管的作用就是控制电流大小。
具体来说功率管就是场效应管。现在都是开关电源，场效应管的作用在微控制器的控制下开关充电电路，通过开关的频率和时间来控制充电电流的大小。
所以说，所谓氮化镓快充，和普通充电器没有本质上的区别，只是功率更大、性能更好而已。
对于 GaN，中文名氮化镓，我们实在是听得太多了。这要从近两年充电器上的疯狂内卷开始说起。好像从某个时间点开始，一夜之间，GaN 就如雨后春笋般出现在了充电行业。
但对于 GaN，很多人只是有个模糊的概念，对于它实现「小体积大功率」背后的原理、以及为何能改变多行业格局其实并不清楚。
这也是本文的主旨，今天就让我们带着这些问题去一探究竟。
科学解释：
GaN：
由镓（原子序数 31) 和氮（原子序数 7) 结合而来的化合物。它是拥有稳定六边形晶体结构的宽禁带半导体材料。
禁带：
是指电子从原子核轨道上脱离所需要的能量，GaN 的禁带宽度为 3.4eV，是硅的 3 倍多，所以说 GaN 拥有宽禁带特性（WBG）。
禁带宽度决定了一种材料所能承受的电场。
GaN 比传统硅材料更大的禁带宽度，使它具有非常细窄的耗尽区，从而可以开发出载流子浓度非常高的器件结构，而载流子浓度直接决定了半导体的导电能力。
要回答这个问题，我们就要先回答：
GaN 有何优势？
由于 GaN 具有更小的晶体管、更短的电流路径、超低的电阻和电容等优势，GaN 充电器的运行速度，比传统硅器件要快 100 倍。
GaN 在电力电子领域主要优势在于高效率、低损耗与高频率，GaN 材料的这一特性令其在充电器行业大放异彩。
更重要的是，GaN 相比传统的硅，可以在更小的器件空间内处理更大的电场，同时提供更快的开关速度。
此外，氮化镓比硅基半导体器件，可以在更高的温度下工作。
说人话就是：
基于 GaN 功率芯片的充电器充电速度比传统硅充电器快高三倍，但尺寸和重量，甚至只有后者的一半。同时还有耐高温、低损耗等特点。
这就是为什么我们现在看到的充电器能够轻松达到 65W、100W，但同时它们的体积却并不大的原因 ，至少这在以往是难以想象的。
我们把这种材料技术带来的优势分成两个层面解读：产品与行业。
对产品：
在电力电子领域，基于 GaN 材料制备的功率器件拥有更高的功率密度输出，以及更高的能量转换效率。
除此之外可以使系统小型化、轻量化，有效降低电力电子装置的体积和重量，从而极大降低系统制作及生产成本。
对行业：
相关数据表明，在低压市场，GaN 的应用潜力甚至可以占据到整个功率市场约 68% 的比重。
另一点可能是你比较意外的，那就是 GaN 技术还可以有效降低碳排放。其碳足迹比传统的硅基器件要低 10 倍。
据估计，如果全球采用硅芯片器件的数据中心，都升级为使用 GaN功率芯片器件，那全球的数据中心将减少 30-40% 的能源浪费。
这相当于节省了 100 兆瓦时太阳能和 1.25 亿吨二氧化碳排放量。
因此 GaN 的吸引力不仅仅在于性能和系统层面的能源利用率的提高。
硅作为第一代「半导体材料」的典型代表，其技术与应用发展到如今已经是炉火纯青，甚至于，目前全球 95% 以上的半导体芯片和器件都是用硅片作为基础功能材料而生产出来。
但我们需要知道，任何材料其性能和效率都存在一个理论极限，随着硅材料技术的日臻佳境的发展，硅在光电子领域和高频高功率器件方面的诸多限制也开始体现出来。
也就是说，硅的性能已经开始跟不上各种应用场景的需求了。根本原因就在于硅本身的带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低。
当材料技术的发展遭遇瓶颈，那么我们必将寻求新的代替者，获得更加优秀的解决方案。在这条关于更高性能的探索路上就开始了——
典型如硅基和锗基半导体。其中以硅基半导体技术较成熟，应用也较广，一般用硅基半导体来代替元素半导体的名称。
以硅材料为代表的第一代半导体材料，它取代了笨重的电子管，导致了以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个 IT 产业的飞跃，广泛应用于信息处理和自动控制等领域。
20 世纪 90 年代以来，随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，以砷化镓( GaAs )、磷化铟( InP )为代表的第二代半导体材料开始崭露头脚。
GaAs、InP 等材料适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料，广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信、GPS 导航等领域。
但是 GaAs、InP 材料资源稀缺，价格昂贵，并且还有毒性，污染环境，这些缺点使得第二代半导体材料的应用具有很大的局限性。
第三代半导体包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等。
它们的禁带宽度在 2.3eV 以上，其中又以 SiC 碳化硅和 GaN 氮化镓为代表。
与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性质，翻译下来就是：
高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强。
凭借极优越的性能和巨大的市场前景，第三代半导体材料正在成为全球半导体市场争夺的焦点。
目前来看，SiC 和 GaN 的技术研究进展较快，并且已经开始有了广泛应用。SiC 与 GaN 相比较，前者相对 GaN 发展更早一些，技术成熟度也更高一些。
SiC 禁带宽度为 3.23ev，GaN 禁带宽度为 3.4ev。
SiC 器件相对于 Si 器件的优势主要来自三个方面：
- 降低电能转换过程中的能量损耗
- 更容易实现小型化
- 更耐高温高压
据了解，SiC 功率器件的能量损耗只有 Si 器件的 50%，发热量只有 Si 器件的 50%，且有更高的电流密度。
在相同功率等级下，SiC 功率模块的体积显著小于 Si 功率模块。
没错，这是两者材料特性决定的，在很多性能上 SiC 和 GaN 具有十分相似的表现。
那么问题来了——
两者有一个很大的区别是热导率。
这使得在高功率高温等极限场景应用中，SiC 占据统治地位；而 GaN 具有更高的电子迁移率，因而能够比 SiC 或 Si 具有更高的开关速度，在高频率应用领域，GaN 具备优势。
简单来说就是，SiC 如果用在我们日常的手机充电器上，其实有点大材小用，这其中也牵扯到成本的问题，综合下来其实 GaN 更为合适。
SiC 是由硅和碳组成的化合物半导体材料，在热、化学、机械方面都非常稳定，这使得它可以被用在非常极端的环境条件下。
针对于 SiC，微波及高频和短波长器件是目前已经成熟的应用市场。
在电力电子领域，SiC 应用市场最大的驱动力，可能来自于新能源汽车。
事实上 SiC 已经被应用的典型市场包括：轨交、功率因数校正电源（PFC）、风电（wind）、光伏（PV）、新能源汽车（EV/HEV）、充电桩、不间断电源（UPS）等。
新能源车的功率控制单元（PCU）是汽车电驱系统的中枢神经，管理电池中的电能与电机之间的流向、传递速度。
传统 PCU 使用硅基材料半导体制成，强电流与高压电穿过硅制晶体管和二极管的时的电能损耗是混合动力车最主要的电能损耗来源。
而使用 SiC 则大大降低了这一过程中能量损失，同时也可以大幅降低器件尺寸，车身可以设计得更为紧凑。
所以 SiC 和 GaN 在很多关键特性上看上去像是「两兄弟」，但其实目前它们正在各自擅长的领域发着不同的光。
GaN 有着更强的成本控制，SiC 则能够胜任更极限的环境条件。
从确立成为「充电类第一品牌」的战略目标后，倍思持续深耕 GaN 技术，重点发展「快充」领域，满足不同用户多场景应用。
目前，倍思已经建立了丰富且在不断完善的 GaN（氮化镓）产品矩阵。
它分为充电器、插线板两大类，涵盖 20W、30W、65W、100W 甚至 120W 等常见的功率规格。
产品特征有单口与多口快充，在充电协议上拥有 PD、QC 等多协议支持。
在我们的技术体系中氮化镓已经升级到 GaN3 代芯片，其集成度和能量转化率更高，响应速度更快，实现了体积、性能、安全三大均衡，从而使充电产品的功率更大、体积更小更轻。
它已经应用在了我们这些明星产品上：
- 30W GaN3 旅行充电器
- 65W GaN3 Pro 旅行充电器
- 87W 能量堆 4
- 100W/65W GaN3 Pro 桌面插线板
- 100W/65W GaN3 Pro 桌面充电器
凭借着倍思团队在 GaN 技术研发上的不懈专注与努力，倍思已经【连续两年获得全球速卖通十大出海品牌】。
获得 Zealer《2021年度最佳充电品牌》和数字尾巴《 2021年度最佳氮化镓充电器》等殊荣。
自 2019 年 8 月发布全球首款 2C1A 65W GaN 产品以来，倍思在 GaN 产品品类上正不断取得傲人成绩，不仅设计上各项国际顶尖设计大奖荣誉加身，在销量上同样也是一骑绝尘。
- 2019 年双十一氮化镓充电器销量第一
- 2019 年氮化镓 65W 产品全网销量第一
- 2019 年 8 月-2020 年 5 月氮化镓 65W 产品全网销量第一
2019-2020 年 Baseus 倍思相关搜索量在 Google 上达 17000000+次，在百度上更是达到惊人的 42000000+ 次。
「充电快，用倍思」正在成为无数用户心中最响亮的口号。
未来我们将继续以充电类产品为核心，多品类发展，为用户带来更多「实用而美」的独具倍思风格的产品，让倍思持续成为人们新生活方式的首选品牌。
作为电力电子领域的核心技术之一，基于GaN的电能转换技术在消费电子、数据中心等领域有广泛应用，这对提高电能的高效利用及实现节能减排起着关键作用。目前，GaN正在从低功率消费电子市场转向高功率数据中心、光伏逆变器、通信电源等市场。这些应用需要的电源具有更大的功率密度、更高的能效、更高的开关频率、更出色的热管理以及更小的尺寸，而GaN正是达成这些目标的关键一步。安世半导体副总裁姜克强调，相较于硅元件，氮化镓（GaN）功率器件的优势在于更高的电流密度、迁移率以及优秀的耐热性、导电性和散热性。
据行业预测，从2021年到2027年，全球GaN功率器件市场的复合年增长率（CAGR）预计将达到30%，并预计到2027年，其市场规模将超过10亿美元。这种增长的推动力主要源自电力电子设备的小型化和高效率化需求。由于GaN的物理特性，它能够为电力电子设备提供小型化和高效率化的解决方案。例如，GaN的低开关损耗和高工作频率能够显著提高电源的运行效率和功率密度，这在很大程度上推动了其在电源市场的应用。
目前国内GaN功率元件市场的发展主要由消费电子所驱动，关键应用为快速充电器，以及音频、无线充电、电源和其它消费级产品等应用场景。据预测，到2026年，氮化镓功率器件市场规模将增长到13.3亿美元，复合增长率达到65%。此外，数据中心和汽车市场也是氮化镓产品的重要潜力领域，它们可以通过应用氮化镓产品来降低电力消耗和成本。
然而，GaN的应用并不止于此。在众多的应用领域中，汽车行业无疑是最具潜力的。随着电动汽车的快速发展，对节能和高效的需求也随之增加。因此，各大车企开始研发将GaN用于汽车的各个部分，特别是在车载充电器和高压直流转换器等关键部位。GaN的低开关损耗能够显著提高电动汽车的运行效率，进而减轻车载散热系统的负担，使得电动汽车的续航里程得以增加。其次，GaN场效应晶体管的高工作频率可以缩小功率磁性器件的尺寸约60%，降低系统成本，提高整体功率密度，为新能源汽车的发展开辟新的可能性。通过这些优势，氮化镓的汽车市场潜力巨大。
选择硅、碳化硅还是GaN作为材料取决于应用场景的特定需求，如成本、导热和导通频率等。据悉，欧盟已在2021年启动项目，目标是将GaN的电压提升到1200V，并将晶圆尺寸从6吋增大到12吋。这意味着GaN产品已经开始应用于电动汽车等领域，未来，随着基站的建设，氮化镓的需求将不断增长。此外，GaN在电动汽车（EV）中的应用能显著提高充电速度，减小设备体积，以及增加系统的整体效率。据行业内部人士指出，GaN能够显著提高电动汽车的充电效率，使充电时间缩短60%，将充电器的功率从原来的6.6千瓦提高到22千瓦，从而使整个充电速度提升了3倍。此外，GaN在双向电路中起到关键作用，降低5%的电池电量损耗，间接增加5%的续航。
最后，相较于传统的硅器件，GaN技术可以大大节省制造和加工化学品和能源，减少制造和运输过程中的二氧化碳排放。每出货一个氮化镓电源IC都可以净减少4公斤的二氧化碳。这就是为什么像电动汽车先驱Brua这样的公司会公开表示，他们将从SiC转向GaN，作为进一步减小充电器尺寸和重量的关键因素，同时还可以减少二氧化碳排放，以达到他们的环保目标。
就市场规模而言，一辆电动汽车中氮化镓芯片的总潜在市场空间（TAM）超过250美元，其中包括车载充电器近50美元，DC/DC逆变器约15亿美元，而主驱动应用接近200美元。根据行业预测，到2025年，氮化镓芯片在电动汽车中的市场机会总值将超过25亿美元/年。根据第三代半导体产业联盟CASA的数据，碳化硅产业的年复合增长率预计将接近37.5%，到2026年将达到245亿。根据集邦咨询化合物半导体分析师龚瑞骄的预测，受到这些市场的推动，氮化镓功率元件的市场规模将从2022年的1.8亿美元增长到2026年的13.3亿美元，复合增长率达65%。对于汽车市场，氮化镓目前处于早期验证阶段，但许多厂商正积极进行研发工作。预计到2025年，氮化镓将小批量渗透到低功率的OBC和DC-DC中。
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