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小米大力宣传的65W快充GaN充电器到底是什么?
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以下文章来源于 WHYLAB ,作者 WHYLAB

GaN 这种材料,近两年似乎常常被手机和手机周边厂商提及,据说采用这种材料的电源适配器,高功率和小体积能同时兼得

GaN 其实就是氮化镓的化学式,跟 SiC 碳化硅、AlN 氮化铝等材料被称为是第三代半导体。

GaN 氮化镓的纤锌矿结构(大球为 Ga,小球为 N)

「半导体」这一名词被使用至今已有一百多年,半导体材料也发展到了第三代,这三代半导体材料并非替代关系,它们有着不同的特性,目前在各自不同领域发挥作用。

第一代半导体材料指的是 Si 硅、Ge 锗等,它们为我们开启了集成电路的大门,影响至今;第二代半导体材料非常丰富,有 GaAs 砷化镓、InP 磷化銦等等,而有机半导体也属于第二类半导体的范畴,这些材料适合制作高速、高频大功率和发光的电子器件,促进了无线通讯和光通讯等领域的发展。

而第三代半导体材料除了拥有更宽的能隙外,还拥有更高的热导率、击穿电场、电子饱和速率,以及抗辐射能力,因此适合制作高温、高频、大功率以及抗辐射的器件,利于射频通讯、电力电子、激光、电源管理等领域发展。

* 注解:「能隙」也即是「能带隙」、「禁带宽度」,在固体物理学中泛指半导体或绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。

GaN 晶体 长度约 3mm(图:维基百科)

作为第三代半导体的 GaN,运用得比 SiC 晚些,利用它宽能隙的特点以及光谱特性,如今在 LED 照明和激光器领域的发展已经非常成熟;而射频器件以及功率器件也是 GaN 近期被广泛应用的领域,特别是 5G 通讯的发展,GaN 射频器件的使用,MIMO 天线阵列的体积和功耗都有很大幅度的改进。

近两年,手机充电的电源适配器也吃上了 GaN 的「红利」,让原本高功率电源适配也能兼顾体积,这正是 GaN 材料在「功率器件」领域的应用之一。

正因为前面提到 GaN 材料的特性,电源适配器从根本上降低了开关损耗和传导损耗,让转换器拥有更高的开关频率,同时减小变压器的尺寸,提升转化效率,同时发热减少了,散热材料可以进一步缩减,电源适配器的整体尺寸自然也可以做得更小,转换效率还更高。 

市面上也有尺寸较大的 GaN 电源适配器

如今 GaN 电源适配器普及才开始普及不久,市面上高功率 GaN 电源适配器价格都在百元以上,随着越来越多厂商入局、工艺进一步提升、供应链成本下降,GaN 电源适配器想必会在不久后跌破 100 元大关。

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