充電器里的氮化鎵究竟是什么？

發(fā)現(xiàn)沒有，手機(jī)這幾年是越做越輕薄，可手機(jī)充電器的個(gè)頭，卻是越來越大。

這是小米和IQOO的兩款原裝充電器，個(gè)頭都快趕上一部iPhone4了。手機(jī)廠商可以在處理器、攝像頭、屏幕上不惜重金搞研發(fā)，為什么就不能把充電器變得小一點(diǎn)呢？

今天我們來聊聊充電器尺寸這件事，順便暴力拆解一下市面上尺寸較小的快充頭，來探尋一下事情的真相。

先簡單講講原理。

充電器要把插座里220V 50Hz的交流電換成低壓直流電才能給手機(jī)充電，在這個(gè)過程中，變壓器的大小直接影響充電器的體積，如果你還記得高中物理知識(shí)，會(huì)記得電壓變化的核心原理，是兩個(gè)線圈在電磁感應(yīng)作用下實(shí)現(xiàn)的。

這個(gè)過程中用到的法拉第電磁感應(yīng)定律，可以用這樣一個(gè)公式（U=2π*f*N*Bm*S/√2）來表示，而各符號(hào)的對應(yīng)關(guān)系是這樣的。

其中，鐵芯橫截面積S和每伏匝數(shù)N，可以決定變壓器的體積，從而直接影響充電器的大小。

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場景中，考慮到電路損耗、發(fā)熱等各方面因素，N、S是不能隨意縮小的。

如果一定要把它縮小的話，比較有效的辦法就是提高交流電頻率f。

所以概括目前充電器縮小體積的主流技術(shù)，都是先將插座里的220V 50Hz的交流電源轉(zhuǎn)化成高壓直流電，再通過半導(dǎo)體開關(guān)管將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)頻率更高的脈動(dòng)電流，頻率f提升了，充電器的體積就相應(yīng)縮小了。

這種開關(guān)芯片，之前使用的半導(dǎo)體材料主要是硅或鍺，在實(shí)際應(yīng)用中，提升電源頻率到100kHz左右也就到頭了。

這個(gè)上限的存在，使得快充功率增加后，充電器的塊頭只能變得越來越大。

如果想在進(jìn)一步提高充電功率、實(shí)現(xiàn)更快充電速度的同時(shí)，不增加充電器體積甚至縮小體積，就需要找到比硅更扛造的半導(dǎo)體材料。

答案就是我們總能聽到快充廠商提到的氮化鎵。更進(jìn)一步說的話，氮化鎵這種第三代半導(dǎo)體材料，具備耐高溫高壓以及功率密度大的特性。

使用了氮化鎵芯片的充電器，將原本硅基芯片的開關(guān)頻率從100kHz提升到了1000kHz，能讓充電器體積小的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率充電。

不過由于氮化鎵芯片現(xiàn)階段生產(chǎn)制造難度較大，成本居高不下，所以除了充電器之外，它目前還沒有大規(guī)模應(yīng)用于普通消費(fèi)品，更多是被用在5G基站、軍事雷達(dá)、低軌衛(wèi)星等這些高頻高功率高溫高電壓的高新科技場景中。

那么氮化鎵做的半導(dǎo)體芯片，到底長什么樣？氮化鎵充電器的性能又如何呢？

為了滿足好奇心，我們決定用一款氮化鎵超能充65W充電器，來做拆解和測試。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室Tony老師的一頓操作，在清理掉厚厚的散熱材料后，我們就拿到了充電器的核心部分。

因?yàn)椴捎玫娜宥询B技術(shù)，讓充電器內(nèi)部布局實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的優(yōu)化，才將體積壓縮到了現(xiàn)在看到的樣子。

其中，這兩顆小小的芯片，就是我們前面提到的，用氮化鎵材料制成的第三代半導(dǎo)體。尺寸上，較大的那一塊其實(shí)比指甲蓋還要小。而這個(gè)Logo，則代表主攻電源芯片的美國PI公司生產(chǎn)，是這個(gè)領(lǐng)域比較領(lǐng)先的公司。

這款氮化鎵超能充能兼容市面上主流的充電協(xié)議，可以提供不同功率的輸出。在實(shí)測中我們接入了各種不同品牌的手機(jī)，基本都能實(shí)現(xiàn)快充。

除了可以給不同品牌的手機(jī)充電之外，它還可以給筆記本電腦、平板電腦、游戲機(jī)等設(shè)備充電，尤其適合蘋果全家桶用戶。

我們將它與Macbook Pro的61w原裝充電器做了個(gè)對比測試。對同一臺(tái)剩余20%電量的電腦進(jìn)行充電，分別插上體積和重量懸殊的兩款充電器。

30分鐘過去后，使用蘋果原裝充電器的電腦電量升到了64%，使用這款超能充的這臺(tái)升到了62%。

而且用電表測試可以發(fā)現(xiàn)，充電過程中的最高功率，一度達(dá)到了56W。

而我們用測溫槍觀測了一下此時(shí)的充電器溫度，大概是56攝氏度，這也滿足了目前國際更嚴(yán)苛的IEC77度溫控標(biāo)準(zhǔn)。

這種溫控表現(xiàn)，和內(nèi)部的ACF電路有一定關(guān)系，這種電路設(shè)計(jì)能讓氮化鎵芯片高頻運(yùn)作的時(shí)候，減少并回收利用電能傳輸中產(chǎn)生的損耗，保證了電利用率的同時(shí)，降低了發(fā)熱量。

仔細(xì)想想，對于經(jīng)常出差或者旅游的朋友來說，只需要在包里塞一個(gè)那么小的充電器，就可以給身上的各種設(shè)備充電。

最后我們有個(gè)感嘆，硅這種半導(dǎo)體材料的應(yīng)用，使得計(jì)算機(jī)得到普及，并徹底改變了人類的生活方式。

那么，氮化鎵這種第三代半導(dǎo)體材料，又會(huì)如何影響我們的生活呢？或許，就是從一顆小小的充電器開始。

編輯：jq