氮化镓、石墨烯催熟闪充技术，国产手机充电功率“触顶”

受氮化镓( GaN )、石墨烯材料技术迭代加速影响，国产手机在闪充技术上的最快记录也在被不断刷新。

继去年10月小米将国产充电功率技术推进至210W后，另一家国产手机品牌真我realme近日又将这一数值推进至240W，并表示已在GaN迷你充电头等技术上使用第三代半导体材料氮化镓，该技术将于今年2月由真我GT Neo5全球首发。

240W是Type-C 接口目前所能支持的最高充电功率，上述闪充产品的量产意味着国产充电技术已达到当下行业充电功率的极限水平。但也有企业负责人对记者表示，目前闪充赛道已经“卷到极致”，除了关注技术创新外，推动各个品牌快充标准的兼容和统一将成为该技术能否持续发展的关键。

闪充赛道上国产厂商率先“触顶”

快充本质上是一个复杂的系统工程，这个系统包含充电适配器、线缆、PMIC 集成电源管理电路、电池等多个方面。此前，由于技术发展的局限性，各家厂商对于充电速率的提升多在电源适配器上下功夫，但随着快充速率以及新材料的运用，这一局限性已经被打破。

以氮化镓的运用为例，与第一代和第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗辐射能力，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。其中，SiC和GaN的研究和发展更为成熟，而在国产手机加持下，国产供应链正在引领第三代半导体材料氮化镓进入主流消费市场。

在过去的一年里，包括OPPO、vivo、小米在内的国产头部手机厂商都在它们的充电器中加入了氮化镓，并将其作为市场差异化的重要竞争点。

去年7月，iQOO称已在关键元器件电源开关和PFC两处使用第三代半导体材料氮化镓，同年12月，小米也发布了GaN充电器Type-C 33W（单体版），具备33W 最大功率。而在今年1月5日，真我realme也宣布将氮化镓技术搭载在了240W充电器中。

与此同时，要实现更高的充电功率，除了对充电器进行技术升级，对整机的线材、电池等元器件也提出了更高的要求。“目前行业应用最广泛的USB type-c接口，它所能支持的最高充电功率到达了240W，这也是当下行业极限的闪充瓦数，为了突破极限，在研发中工程师主要从充电架构、充电线、充电器三个方向做技术推进，实现三大行业首发。”真我realme的技术规划负责人傅琦在一场技术沟通会上对记者表示，要实现240W极限功率，就需要给出更加全面完整的闪充方案，甚至是重新定制行业前所未有的高规格零部件。

为了应对超高功率带来的发热难题，除了氮化镓技术外，真我的闪充技术中还采用了全新的石墨烯相变散热材料，整机覆盖率达61.23%。“我们此前曾经也引入过3D 多重石墨烯材料，但是相比传统的石墨烯均热板，石墨烯相变材料可以称得上是由魔术师升级魔法师，通过固液两相相变转换，快速均匀热源，以近乎恒温的温度变化完成大量热量的吸放转化。相比于其他相变材料，石墨烯相变材料进一步提高了热传导效率，更快速地完成均热过程。”傅琦表示，除了高等级的材料外，内部还涉及了13颗温度传感器实时反馈各热点温度，通过温控算法快速调整充电策略实现安全监控机制，让240W的闪充功率发挥出最大的能效。

“国产手机在闪充上的投入并不小，不仅仅是材料，还有芯片，从前期的研发投入、设计开发，再到流片、封测以及单体验证和可靠性验证，再到整机的验证均有涉及。”小米手机部充电技术相关负责人在去年10月的一场采访中也对记者表示，目前国产手机厂商对于快充地位看得非常高，基本上都是各家Top3或者是Top4的一个技术点。

在机构看来，随着GaN 充电技术成熟，产品快速放量带来成本下降，GaN 充电器将快速成为后续手机品牌的盒内标配。分析机构Yole 预计，2023年，氮化镓电源市场规模将达到4.23亿美元，复合年均增长率达93％。

同时，技术上的推进也在带动大容量电池市场机型销售量提升。调研机构Counterpoint向第一财经记者提供的数据显示，目前电池容量为3000 mAh-4000 mAh的智能手机销售比例从2020年的44%下降到2021年的35%，而电池容量为4000 mAh-5000 mAh的大容量智能手机销售比例从2020年的25%上升到2021年的40%，这一趋势仍在增加。

“4年前充电技术可能只有18w，但现在已经发展到了200W，翻了10倍之多。”国内一家头部手机厂商相关负责人王华（化名）对记者表示，闪充技术达到240W极限功率之后，行业下一步也将在电池容量等其他方面作进一步的提升。

国产快充协议标准推进落地

随着国产闪充技术的快速发展成熟，未来手机充电的技术也将向更加全面、更贴近用户使用场景的方向发展。但也可以看到，尽管技术上国产手机厂商已将充电功率做到了极限，但受制于过去快充协议的混乱以及不统一，各大品牌之间的快充技术实现依然挑战重重。

此前，国际USB IF协会曾经尝试用PD标准下的PPS协议来统一移动设备充电，但因为各大手机厂商均有自己推崇的闪充协议标准，最终收效甚微。

目前，主要快充协议包括“私有快充协议”和“公有快充协议”。私有快充协议中，主要有华为的FCP(Fast Charge Protocol)和 SCP(Super Charge Protocol)快充协议，小米的Mi Turbo Charge协议，OPPO的VOOC闪充协议，vivo的Flash Charge协议，三星的AFC协议，realme的DART协议，一加的WARP协议等。公共协议主要来自于芯片厂商甚至是行业协会制定的方案，包括高通的QC(Quick Charge)协议、联发科的PE(Pump Express)协议、美国USB-IF协会的USB-PD(Power Delivery)协议以及中国电信终端产业协会的UFCS 融合快速充电规范等。

王华对记者表示，虽然闪充功率不断提升，但此前各个厂家之间的兼容功率只能做到非常低的水平，闪充技术只能用在同一手机品牌中，背后有各自的利益考量。

比如，对统一协议的兼容需要考虑软件系统的适配，除了大量的测试工作外，还涉及到专利壁垒以及竞争差异化等现实问题。又如苹果，此前iPhone一直使用专有的Lightning充电口，利润来源包括充电器、充电线和MFi(Made for iPhone/iPad/iPod)授权费用，转用统一接口可能会让苹果损失数百亿元。

但在2021年5月，国内电信终端产业协会发布的《移动终端融合快速充电技术规范》，为国内闪充标准协议带来了转折契机。

经过一年的技术探索，去年9月29日，中国通信标准化协会与电信终端产业协会联合在北京召开移动终端融合快充成果发布会，发布首批11张快充认证证书，涉及6家企业的4款终端、5款适配器和2款芯片产品。

王华对记者表示，闪充技术的发展已经进入快车道，这时候战略的统一或许可以帮助中国厂商换取更高的话语权。“如果各家都有一个私有协议的话，战略地位是远远不够的，协会的推动让整个国内的快充生态有了快速发展的基础。”

他认为，有了融合统一快充协议以后，各家相互兼容的功率可以做到30瓦或者甚至更高。“融合快充标准的统一和落地，解决了各家不兼容或者是充电特别慢的痛点。未来随着统一快充协议后续的推进，大功率的统一快充也将推上日程，无论是环保还是用户体验，都会上一个台阶。”

目前已有品牌开始在兼容性上做出了尝试，“真我240W充电头兼容多种协议，最高支持65W的PD协议。”傅琦在技术沟通会上表示，在私有协议卷到头的同时，内部也将目光放在了快充协议的统一融合上。

OPPO首席闪充科学家张加亮也在一场行业会议上表示，面对全球快充市场规模的快速发展，需要以融合快充技术标准和产业化平台为突破口，建设终端快充产业新生态。

在国际上，各国对充电技术的规范化推进速度也在加快。

此前，欧洲议会和27个欧盟成员国的谈判代表同意，欧盟区域内手机和其他电子设备将从2024年开始采用标准化的充电设备。即便是强势的苹果，在未来也不得不遵守欧盟法律使用统一的充电标准USB-C。

目前，在国际主流协议标准中，来自中国电信终端产业协会的UFCS 融合快速充电规范和美国USB-IF协会的USB-PD竞争最为激烈。在业内看来，中国快充标准能否快速地落地推广将决定了未来中国快充产业的国际竞争力，而从发展角度来看，仍需要快充上下游产业链的共同努力。