GaN против обычного зарядного устройства: посмотрите, чем они отличаются

Зарядное устройство GaN против обычного зарядного устройства: в чем отличия

Зарядное устройство GaN и обычное зарядное устройство для аккумуляторов имеют некоторые сходства. Они предназначены как для зарядки, так и для подачи энергии (PD). Однако их различия гораздо значительнее. Давайте посмотрим, чем они отличаются.

Составная часть

Ключевое различие между двумя типами зарядных устройств заключается в их компонентах. В течение многих лет обычные зарядные устройства, которые мы регулярно используем для наших смартфонов, ноутбуков и компьютеров, основаны на кремнии. Тем не менее, они находятся во встроенных кремниевых интегральных схемах управления питанием (Power IC). Вместо этого зарядное устройство GaN инновационно использует встроенный чип нитрида галлия, который сделан из нитрида галлия, новой альтернативы полупроводникового материала. Когда дело доходит до разницы между двумя типами компонентов, на самом деле все зависит от их ширины запрещенной зоны (у всех полупроводниковых материалов есть то, что называется «запрещенной зоной»). Ширина запрещенной зоны описывает, насколько легко ток может проходить через твердый полупроводниковый материал. Эмпирическое правило заключается в том, что чем шире запрещенная зона, тем выше подвижность электронов и частота мощности. Материал GaN, который используется в зарядном устройстве GaN, представляет собой сложный полупроводник с широкой запрещенной зоной 3,4 эВ (WBG). По сравнению с 3,4 эВ GaN, кремниевый полупроводник, встроенный в обычное зарядное устройство, имеет запрещенную зону всего 1,12 эВ. Таким образом, зарядные устройства для батарей GaN могут поддерживать гораздо более высокое напряжение, а также гораздо более высокую плотность мощности, чем зарядные устройства на основе кремния.

Порт

При внимательном наблюдении можно легко обнаружить, что подавляющее большинство выпущенных зарядных устройств GaN имеют порты USB C, следующего поколения USB 3.0. И в отличие от обычных зарядных устройств, которые всегда имеют только один порт Micro USB, один порт USB или один порт Lightning, зарядные устройства GaN всегда имеют несколько портов USB C. Что касается портов зарядки, зарядное устройство GaN использует преимущества портов USB C во многих аспектах по сравнению с обычным зарядным устройством для аккумуляторов. С одной стороны, в сочетании с кабелем для передачи данных зарядное устройство GaN с портами USB C может обеспечить быструю скорость зарядки до 10 Гбит/с и более высокую плотность мощности до 100 Вт. С другой стороны, подавляющее большинство зарядных устройств GaN используют несколько портов USB C или USB C плюс порты USB A, чтобы обеспечить быструю зарядку нескольких устройств одновременно. Короче говоря, с точки зрения зарядных портов, по сравнению с обычным зарядным устройством, зарядное устройство GaN обладает большей универсальностью и гибкостью.

Скорость зарядки и энергоэффективность

Разница во встроенных компонентах, по сути, определяет критическую разницу между двумя типами зарядных устройств — разницу в скорости зарядки, а также в энергоэффективности. Как упоминалось ранее, все это зависит от их разницы в ширине запрещенной зоны. Кремниевый полупроводниковый материал, используемый в обычном зарядном устройстве для аккумуляторов, имеет очень узкую запрещенную зону и постепенно достигает своих физических пределов, что приводит к невозможности работы с высокими напряжениями, высокой плотностью мощности, а также к быстрой зарядке. Однако в случае GaN, используемого в микросхеме зарядного устройства GaN, он имеет гораздо более широкую запрещенную зону, чем кремний, что означает, что он способен проводить гораздо более высокие напряжения и выдерживать гораздо большую мощность с течением времени. Было показано, что зарядное устройство GaN способно передавать электроны с эффективностью, в 1000 раз превышающей эффективность зарядного устройства аккумулятора, использующего кремниевый материал. Таким образом, он может обеспечить более быструю зарядку с высокой энергоэффективностью. Это то, что заставляет зарядное устройство GaN уверенно стоять на ногах в битве за зарядку.

Размер

С точки зрения общего размера, определенно выигрывает сражение зарядное устройство GaN гораздо меньшего размера. В настоящее время, когда спрос на быструю зарядку постоянно растет, чтобы добиться более быстрого ввода/вывода тока, компаниям приходится отказываться от обычных зарядных устройств на основе кремния с более высокой мощностью, таких как 30 Вт, 40 Вт и даже 60 Вт, за счет крошечных размеров. При этом чем выше мощность, тем больше кремниевое зарядное устройство. Чем громоздче зарядное устройство, тем сложнее его носить с собой. В отличие от этого, после перехода на зарядное устройство GaN, носить с собой в рюкзаке или сумочке крошечную зарядную площадку для быстрой зарядки мобильного телефона или ноутбука на ходу больше не просто мечта. Высокая плотность мощности GaN-компонентов в зарядном устройстве для GaN-батареи позволяет коммутировать большую мощность, что делает зарядное устройство более компактным. Проще говоря, по сравнению с обычным зарядным устройством, зарядное устройство GaN позволяет переключать большую мощность для более быстрой зарядки, сохраняя при этом меньший общий размер.

Рассеиваемая мощность и тепловыделение во время зарядки

В дополнение к различиям в скорости зарядки, а также в общем размере, разница в запрещенной зоне между компонентами двух типов зарядных устройств также определяет их разницу в рассеиваемой мощности и температуре зарядки. Что касается обычных зарядных устройств с кремниевыми компонентами, то они, по сути, разрабатывались в большем объеме, чтобы удовлетворить потребность в быстрой зарядке. Однако это происходит за счет меньшего рассеивания мощности, что вызывает потенциальные риски возникновения проблем, таких как перегрев, перезарядка, а также короткое замыкание. С другой стороны, ширина запрещенной зоны GaN-компонентов в зарядном устройстве GaN обеспечивает минимальное рассеивание мощности. Это связано с тем, что зарядное устройство GaN, в котором используются компоненты GaN с более широкой запрещенной зоной, более эффективно обеспечивает подачу энергии, в результате чего в зарядном устройстве остается меньше энергии и рассеивается меньше тепла. Тем не менее, по сравнению с обычным зарядным устройством, зарядное устройство GaN способно обеспечить более холодную зарядку и, в свою очередь, предотвратить проблемы с перегревом и перезарядкой для защиты заряжаемых устройств.

В может ли зарядное устройство GaN заменить обычное зарядное устройство на основе кремния уже сегодня?

Из приведенного выше сравнения двух типов зарядных устройств видно, что зарядное устройство GaN меньшего размера превосходит обычное зарядное устройство во многих аспектах, таких как быстрая скорость зарядки, высокая энергоэффективность, а также высокая тепловая эффективность. Более того, нельзя отрицать, что технология зарядки GaN становится все более популярной. Но значит ли это, что зарядное устройство GaN может выбить и заменить обычное зарядное устройство из кремниевых компонентов прямо сейчас? Ну, ответ Нет, в настоящее время. На самом деле, все причины связаны с поставкой и стоимостью зарядного устройства GaN (деньги, на самом деле). На данный момент зарядное устройство GaN все еще находится в зачаточном состоянии для коммерциализации без крупномасштабного производства (нехватка), что приводит к гораздо более высокой цене, чем у обычного зарядного устройства для батарей. Причина, по которой не многие производители зарядных устройств в настоящее время заинтересованы в переходе на производство зарядных устройств на основе нитрида галлия, заключается в сложности производства компонентов на основе нитрида галлия. Чтобы получить соединение GaN, исходный газ GaN необходимо смешать, полностью полагаясь на сложный искусственный синтез, который требует сложного оборудования и методов, что приводит к высокой стоимости производства. Высокая себестоимость производства приводит к высоким ценам на GaN-чипы, что заставляет меньше поставщиков полупроводников производить чипы из GaN. Более того, хотя только несколько производителей полупроводников производят и поставляют компоненты GaN, на данный момент не так много зарядных устройств GaN производится и поступает на рынок. И они не могут быть по разумным ценам, пока они не станут рентабельными в крупносерийном производстве. Тем не менее, когда дело доходит до обычных зарядных устройств, они уже много лет являются лучшим решением для зарядки аккумуляторов со стабильными и разумными поставками и ценой. В конце концов, кремниевые компоненты легко и стабильно производятся поставщиками полупроводников в больших масштабах с использованием хорошо отлаженных процессов, что приводит к разумно низким ценам. Проще говоря, в настоящее время зарядное устройство GaN не может заменить обычное зарядное устройство для аккумуляторов, которое годами было лучшим вариантом для зарядки.

Заключительные слова

Зарядное устройство GaN, как новая технология зарядки, прославилось в области зарядки. Действительно, благодаря преимуществам более высокой скорости зарядки, более высокой энергоэффективности, а также уменьшению тепловыделения при небольшом, но мощном размере, он постепенно становится сильным конкурентом по сравнению с обычными зарядными устройствами для аккумуляторов. В настоящее время из-за неразумных поставок и стоимости зарядное устройство GaN не может заменить обычные зарядные устройства для аккумуляторов. Тем не менее, это определенно правильный путь, поскольку он интегрируется во флагманские устройства, а также в блоки питания. В ближайшие годы, когда поставки и стоимость станут разумными, они, вероятно, заменят обычные зарядные устройства и станут массовым явлением.