氮化鎵餅干充電器:給手機充電工作嘯叫問題未來會是隱憂？

近期智能手機廠商頻頻在充電器領(lǐng)域亮劍，隨機附帶充電器功率沒個大幾十瓦都不好意思出門打招呼。充電器的發(fā)展思路是提升充電功率，減小充電器體積。如果要達成這樣目標(biāo)的話必須要用上“氮化鎵（GaN）”材料。那么氮化鎵作為一種新型材料是如何上位并改變我們生活的呢？

01 氮化鎵登場前傳：Type-C普及與快充協(xié)議的規(guī)范

氮化鎵在消費電子領(lǐng)域主要解決充電器體積大、充電慢兩個問題。給充電器加大充電功率、減小體積是一件很繁瑣的事情，因為充電過程中有很多變量都要比上述兩點重要的多。不過隨著快充的發(fā)展成熟，很多問題被一一解決后，“充電器體積大、充電慢”的問題就變得重要了。其中，快充技術(shù)成熟的標(biāo)志是Type-C接口的普及和USB PD快充成為行業(yè)標(biāo)準。

Type-C接口正反都能插的屬性方便了用戶使用的同時還能在接口端留出更多的冗余針腳，這就為產(chǎn)品設(shè)計層面統(tǒng)一多產(chǎn)品線充電協(xié)議做好了基礎(chǔ)；USB PD快充的出現(xiàn)則是從協(xié)議上規(guī)范統(tǒng)一標(biāo)準，目前筆記本、手機、游戲掌機等都可以使用USB PD快充協(xié)議，還有更多的外圍產(chǎn)品線正在融入USB PD協(xié)議生態(tài)。

這意味著做出一款支持主流充電協(xié)議的高質(zhì)量充電器擁有很強的市場潛力。因此，充電器也開始了轟轟烈烈的改造。那么，為什么只有氮化鎵站到了充電器行業(yè)的C位呢？這得從充電器結(jié)構(gòu)說起。

02 沒有新材料，充電器“減肥”困難

體積不大的充電器內(nèi)部集成了眾多零部件。對于這種和電力相關(guān)的設(shè)備來說，安全性是第一要義，盲目縮小體積會影響安全性，還會影響充電效率，因此給充電器“減肥”需要注意充電過程的安全性與散熱。

充電器中最為重要的元器件是MOSFET，這個元器件決定了充電器最大輸入/輸出功率、功率轉(zhuǎn)化率核心指標(biāo)的發(fā)揮，這也是充電器發(fā)熱的核心區(qū)域。充電器瘦身成功與否取決于MOSFET的體積。

第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵

在氮化鎵材料應(yīng)用之前，MOSFET的材料經(jīng)歷了兩輪基礎(chǔ)材料的迭代，分別是第一代的鎵和硅，第二代的砷化鎵和磷化銦。兩代基礎(chǔ)材料性能漸漸跟不上時代需要，當(dāng)前用這兩種材料需要預(yù)留足夠的散熱空間，如果在這種材料做出的充電器上加碼充電功率，則無法兼顧發(fā)熱與充電器體積。

采用“Cool MOSFET”結(jié)構(gòu)的充電器

為此，上游廠商在第二代半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)上改進出“Cool MOSFET”元器件，這種改進結(jié)構(gòu)相較于之前的兩代產(chǎn)品更適合放在充電器內(nèi)，輸入/輸出功率與轉(zhuǎn)化率都有提升。

采用“Cool MOSFET”的代表性產(chǎn)品是小米Type-C充電器65W疾速閃充版、聯(lián)想第一代口紅充電器。不過這類改良結(jié)構(gòu)的充電器在加碼更大充電功率的時候也很難平衡充電器的體積與散熱。因此，性能更好的材料才能成為充電器的“減肥藥”。這時候，氮化鎵閃亮登場。

03 “該我上場表演了”，氮化鎵登上充電器舞臺

第三代半導(dǎo)體氮化鎵是由氮和鎵組成的一種人造化合物，氮化鎵熱穩(wěn)定性好、電子遷移速度更快、熱導(dǎo)率更高的特性使得它作為MOSFET的材料更為合適。

氮化鎵帶來的改變是復(fù)雜的，用一個更具象化的形容會更方便大家理解：第二代半導(dǎo)體材料只能一天工作8小時還要摸魚；“Cool MOSFET”結(jié)構(gòu)能兢兢業(yè)業(yè)工作8小時還能時不時加班；氮化鎵材料就很“奮斗X”，每天來得早走的晚，不叫苦不叫累。試問，對于你來說，能會不喜歡氮化鎵材料帶來的改變嗎？

ANKER氮化鎵充電器

氮化鎵在消費電子領(lǐng)域商用的時間并不長，自2018年消費類氮化鎵充電器問世以來，氮化鎵充電器的發(fā)展如雨后春筍，一批批外觀設(shè)計新穎、功率更大的氮化鎵充電器可供消費者選擇。另外，氮化鎵充電器也在逐漸成為手機附帶充電器的標(biāo)配，可以預(yù)見的是氮化鎵充電器在未來會有更大的發(fā)揮空間。

04 氮化鎵充電器雖好，尚有問題需要改進

氮化鎵充電器在消費使用端帶來很多提升，如一枚高品質(zhì)的氮化鎵充電器可以覆蓋多品類設(shè)備的充電需求；或者是利用氮化鎵材料可以將充電器核心元器件做的更小的特點，將充電器做到極度便攜（如OPPO餅干充電器）。氮化鎵雖好，但還有兩個問題需要解決，一個是充電時的發(fā)熱問題，另一個是充電嘯叫問題。

OPPO氮化鎵充電器保留充足散熱、隔音設(shè)計

氮化鎵充電器工作發(fā)熱問題

氮化鎵材料的熱穩(wěn)定性保證了氮化鎵充電器在高溫下也能安全穩(wěn)定運行，但很多第三方配件廠商會出于降低產(chǎn)品成本、進一步壓縮充電器體積的考量，犧牲充電器的散熱設(shè)計，所以一些氮化鎵充電器設(shè)計之初會閹割散熱設(shè)計。

目前主流的散熱處理方案是為充電器預(yù)留散熱空間和填充散熱材料。

氮化鎵充電器工作嘯叫問題

嘯叫指的是充電器工作時有聲音。嘯叫不會影響充電器正常工作，主要影響用戶使用體驗。目前主流的嘯叫處理方案是填充隔音材料，氮化鎵充電器會不會嘯叫的最終因素取決于充電器成本。從部分氮化鎵充電器用戶的反饋來看，一些氮化鎵充電器不重視工作時的嘯叫問題。

目前這兩個問題都能得到穩(wěn)定解決，不過這將會成為氮化鎵充電器發(fā)展的隱憂。

總結(jié)：氮化鎵改變了充電器的產(chǎn)品形態(tài)

綜上所述不難發(fā)現(xiàn)，氮化鎵充電器的問世是快充技術(shù)躍進后的實體產(chǎn)物：Type-C接口打通了快充的物理設(shè)計瓶頸，USB PD快充協(xié)議的出現(xiàn)為多產(chǎn)品線的快充統(tǒng)一奠定了協(xié)議基礎(chǔ)，而氮化鎵充電器滿足的是人們對于充電器便攜的要求。可以說氮化鎵充電器的誕生是順應(yīng)時代潮流的產(chǎn)物。

常規(guī)充電器與氮化鎵餅干充電器體積對比

氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料，不僅達到了對充電器“減肥”的目的，還保障了充電過程的穩(wěn)定與安全，當(dāng)前氮化鎵充電器最高功率達到了驚人的125W，隨著氮化鎵材料對充電器的進一步改造，我們相信用不了多久，氮化鎵充電器就會革掉游戲本‘磚頭充電器’的命。可以說，氮化鎵改變了人們對充電器產(chǎn)品的形態(tài)認知。