從PD快充到服務器電源，低壓GaN應用領域逐步拓展

前言

高壓GaN已在消費級USB-PD快充的一次側大規模應用，憑借高擊穿場強、低柵極電荷參數與高速開關特性，可大幅增加開關頻率，并降低磁性元件數量與散熱配置，推動20W~300W AC-DC產品功率密度快速提升。相比之下，低壓GaN過去受制于成本、封裝與驅動生態成熟度，商用滲透率有限。近兩年隨產能正價、封裝/熱設計優化與驅動兼容性改善，低壓GaN開始進入規模化布局階段。為此，本文將系統梳理低壓GaN在PD快充、車充、移動電源、筆記本電腦、BMS保護、直流電源模塊、激光雷達與機器人等典型場景中的實際應用。

PD快充應用

在PD快充中，輸出電壓普遍在5~48V。傳統硅MOS做次級同步整流時，其輸入電容大、體二極管反向恢復慢，頻率一旦拉高，驅動損耗和反向恢復損耗都會上升，但換用氮化鎵可解決上述問題。

使用氮化鎵代替傳統硅MOS，器件的輸入電容大大減小，高頻驅動的功耗也將明顯降低。提高電源的開關頻率也就成為了可能，體積得到顯著優化。但目前低壓氮化鎵成本目前仍比硅，但隨8英寸低壓氮化鎵產能逐步釋放，預計未來差價將會逐步降低，全面氮化鎵設計降普遍鋪開。

車充應用

車充實現PD快充主要依賴升降壓電路，將汽車點煙器接口的12V/24V電源輸如的固定電壓，按照負載需求轉換為協議芯片所屬的電壓。

隨著現在PD3.1多口車充的普及，車充也在功率密度上做減法，將車充內部的內部升降壓電路的硅MOS全部替換成氮化鎵，有助于進一步提高轉換效率，提高功率密度，降低汽車耗電量。

美容儀

近期，我們注意到極萌推出一款內置氮化鎵集成方案的超聲美容儀，憑借氮化鎵高頻高效特性，實現超聲聚能和能量穩定傳輸，這是氮化鎵器件在個護領域的首個商業化落地項目，具有開拓性和實用性。

傳統美容儀超聲波驅動電路常采用分離放置器件，占板空間大、設計復雜，制約其向小型化、高效化發展。而使用內置氮化鎵集成驅動的低壓氮化鎵可有效減少外圍元件數量、提升效率、延長單次使用時長，增加美容儀的靈活性。

車載擴展塢

低壓氮化鎵可在車載擴展塢的升降壓電路應用，可助力產品實現多檔位PD快充，并同時可保證大功率快充時的效率和溫升。

在此類產品中應用氮化鎵器件可降低損耗，減小發熱，并可縮減電感、電容的使用規格和數量，助力產品在縮減體積的同時，降低取電損耗，間接延長汽車續航。

鋰電保護

通過在BMS系統中使用低壓氮化鎵器件，可大幅降低了占板空間以及寄生參數，并且有效削減了系統成本，并能夠為系統提供更高的安全裕量，降低電路故障概率，有效滿足電池包BMS系統場景應用需求。

移動電源

最近，酷態科推出一款氮化鎵移動電源——15號超級電能卡Air，其同步升降壓電路采用E-mode低壓氮化鎵，實現5V~28V雙向輸入/輸出。

其內置的E-MODE氮化鎵器件可減小驅動級損耗，提高開關頻率，從而減小外圍元件數量以及體積。同時，低壓氮化鎵封裝面積更小，占板面積少。在PD3.1高功率移動電源中用氮化鎵取代傳統硅MOS可實現更輕薄設計。

筆記本電腦

低壓氮化鎵可用于筆記本電腦主板DC-DC升降壓轉換電路，可將適配器輸入的19V~20V電壓或電池輸出電壓轉換為5V、3.3V、1.2V，供CPU、GPU、內存、以及芯片組使用。

其核心價值在于可降低功率器件使用數量、體積，并降低發熱、提升效率，從而支持更輕薄的設計、性能釋放更強以及續航更持久的筆記本電腦產品。

DC-DC磚塊電源

為了滿足數據中心高功率密度的需求，48V-12V DC-DC磚塊電源方案在原邊和副邊換用干花椒可以最大限度地提高功率密度并簡化電路，并將開關頻率提升至MHz級別，同時還可大幅提升產品峰值效率。

激光雷達

激光雷達可以以厘米級精度探測周邊環境的三維信息，并識別出物體的距離和輪廓。激光雷達中需要非常短的脈沖，來實現高分辨率，并且需要足夠的峰值功率，來保證必要的距離。通過高分辨率和距離來滿足自動駕駛和輔助駕駛應用要求。

激光雷達相當于車輛的眼睛，需要非常短的時間來測量車輛對于障礙物的距離和形狀，通過車載計算機處理控制避免發生碰撞。

通過應用氮化鎵器件控制激光二極管的工作，氮化鎵在激光雷達應用中可以提供＜1納秒的下降和上升時間，滿足高耐壓和峰值電流的需求，為激光雷達低價格，小體積，高性能的追求提供了理想的解決方案。

機器人

現階段，人形機器人、四足機器人概念較為火熱，國內外人形機器人概念股持續融資。而其后催生的問題便是如何解決機器人伺服電機驅動問題。在整個機器人中為精準模仿人體動作，需要部署數十個伺服電機，且人形機器人的伺服系統對于控制精度、尺寸以及散熱均有更高要求。

而氮化鎵的核心優勢便是開關頻率高，伺服電機驅動換用低壓氮化鎵可大幅提升PWM開關頻率，降低電機損耗，并降低電容的規格以及使用數量，可進一步降低驅動電路設計復雜度和體積，提升關節電機靈活性。

手機/平板電腦

早在2021年，OPPO變首次把低壓氮化鎵開關管放進手機內部，用于快充路徑管理。一顆氮化鎵管就能替代兩顆傳統硅MOS，實現雙向關斷；其低導阻、高效率可把損耗壓到硅MOS的幾分之一，顯著減少發熱和壓降。

現如今隨手機/平板電腦快充功率提升至百瓦以上、部分私有協議充電電流達10A甚至更高，傳統硅MOS需額外散熱。氮化鎵憑借極低阻抗讓保護板無需導熱材料也能保持低溫，從而支持更高功率、更長持續快充，并簡化設計、降低成本。

充電頭網總結

低壓氮化鎵從快充PD適配器到車充，再到美容儀、筆電，低壓氮化鎵正在復制高壓GaN的成功路徑，用“更低損耗、更高頻率、更小體積”三重優勢，把系統級效率、功率密度和用戶體驗一次性推向新高。過去制約它的成本、驅動生態和供應鏈瓶頸，逐步在8英寸晶圓、兼容硅MOS驅動的前提下被逐個擊破。可以預見，隨著產能持續增長，低壓GaN或將成為未來電子產品內低壓功率器件的首選。