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氮化镓充电器与普通充电器有什么区别

39度创意研究所 2019-11-19 16:40 次阅读

重度依赖手机已经成为一种社会常态,很多人每天打开屏幕的次数不下百次。这让无数人患上了“电量焦虑”,插上充电器的那一刻才能得以平息。虽然每天都在用充电器,但我们似乎从来没有好好思考过充电器怎么才能变得更好用。今天聊一聊氮化镓(GaN),一项可能改变你对充电器认知的技术。

充电器拯救了人类,却被骂得很惨

近十年,手机、电脑等移动设备无论是技术、功能、设计还是体积等各个方面,都有了飞跃式的进步。而反观配套的充电器,功率确实越做越高,但体积和发热量却也随之增长。同时设备增多导致充电器数量增多,插线板承受了它这个年纪不该承受的重量,你们低头看看身边的插线板哪一个不是拥挤不堪。

氮化镓充电器与普通充电器有什么区别

所以,消费者对充电器可以说是又爱又恨,大家确实很需要你,但却又说不出它有什么让人为之称赞的优点,反而吐槽居多。

目前而言,消费者对充电器的痛点在于数量多、体积大,在桌上占地方、出门携带麻烦。

虽然现在市面上有多口充电器,但每个口平均功率低、充电速度慢,并且充不了笔记本电脑等更大功率的设备。如果提高功率,又会让充电器体积变得很大、发热严重,很矛盾。

理想中的完美充电器应该是接口多、功率大,足够给多个设备同时快充,手机、平板、笔记本通吃,体积跟普通的单口充电器一样。这样无论是在固定场所还是出门在外,一个充电器就能满足所有移动设备的充电需求,带着还不累赘。

TA又改变了世界?氮化镓是何方神圣?

今年,一种新的充电科技逐渐进入消费者的视野——氮化镓,它的出现在死气沉沉的充电器行业掀起一股了前所未有的技术迭代浪潮,有些人说这就是未来完美充电器的解决方案。听起来很厉害,但氮化镓到底是个什么东东?

充电系统可以类比为这样的一套系统:水龙头、水桶、水池。如何装满水池?打开水龙头?接满水桶?关闭水龙头?转移水桶到水池边?倒入水池这一系列动作循环往复即可。

那如果把水桶换成体积更小的水杯,如何保证装满水池的时间不变?答案是提高水龙头的开关频率,虽然单次运输的水变少,但同一时间内运输次数大幅增加,最后装满水池的时间就可以保持不变甚至缩短。

仅作示意图,不代表实际电路

充电的原理大致上也是如此,打开开关管?装满原边变压器?关闭开关管?转移电能到副边?倒入电池,其中开关管和变压器就分别对应了上述的水龙头和水桶。因此提高开关管的开关频率,就可以用体积更小的变压器。而变压器恰好是充电器中体积最大的元器件之一,占据了内部相当大的空间,所以缩小变压器,也就能缩小充电器。

目前,开关管基本上都是硅和锗半导体材料,而且MOSFET这类开关管频率已经很高,提升空间很小,进一步提高频率也会带来更大的开关损耗,增加发热,降低效率,所以在硅半导体上继续做文章难度很大。

氮化镓是一种可以代替硅、锗的新型半导体材料,由它制成的氮化镓开关管开关频率大幅度提高,损耗却更小。这样充电器就能够使用体积更小的变压器和其他电感元件,从而有效缩小体积、降低发热、提高效率。当然,这是理论上。

理想很丰满,现实很骨感?

说了这么多,氮化镓充电器最大的好处就一句话:同等功率下体积更小,同等体积下功率更大。那么事实是不是如此呢?

正好手上有一些产品,先来对比紫米65W非氮化镓充电器和倍思65W氮化镓充电器。

左:iPhone 6s 中:紫米 右:倍思氮化镓

很明显能看出来这3款充电器在体积上的区别,尽管倍思65W氮化镓充电器功率更大,但体积几乎比紫米65W普通充电器小了一半。

左:紫米 右:倍思氮化镓

重量方面,倍思氮化镓充电器实测重量比紫米轻了22g,看来氮化镓带来的体积和重量福利还真不小。

左:iPhone 6s 中:联想 右:倍思氮化镓

正当我要第一次为氮化镓竖起大拇指的时候,突然想起了之前联想推出过一款非常受欢迎的“口红电源”。拿到实物一比较后,我人傻了,同样是65W的功率,联想口红电源的体积和氮化镓充电器几乎一致,甚至还要小那么一点点。

左:联想 右:倍思氮化镓

重量上联想口红电源还要轻上3g,关键是联想这款充电器并没有使用氮化镓技术。这个时候,我开始怀疑人生,难道氮化镓只是一个为了卖充电器而炒作的噱头?

带着这些疑惑,我们进行了一个测试,看看除了体积重量,氮化镓是否能带来其他提升。

性能提升,发热也提升

我用上述这三款充电器分别对同一台手机进行30分钟快充测试,记录30分钟内的充电速度以及发热情况。所使用的手机支持27W快充,不会对3款充电器造成瓶颈。

从测试数据来看,倍思氮化镓充电器性能最佳,30分钟充入71%的电量;紫米充电器次之,充入65%;而联想口红电源表现最差,仅充入48%。

仔细分析数据,倍思氮化镓充电器充电速度非常平稳,每10分钟能稳定充入11%~12%的电量,紫米在前10分钟还能与氮化镓充电器一战,但后续有一些衰减,而联想从一开始就大幅度落后,连技术同门的紫米都比不过。

看到这个结果,相信不少网友就要开始说联想垃圾了。先不着急喷,因为我认为这应该不是硬件设计不足和转换效率低下的问题,充电协议可能要背大锅。

左:联想 右:倍思氮化镓

通过功率计的数据来看,原因显而易见,联想充电器的输出功率仅有14W左右,而倍思氮化镓充电器能够达到23W。对于一款最高支持65W的充电器来说,这肯定不是硬件缺陷或者转换效率的问题,而是出现了快充协议不兼容的情况。关于快充协议这里不多介绍,有兴趣的可以点这里查看相关文章。

不过从倍思和紫米之间的数据对比可以看出,在快充协议兼容、能提供满速的情况下,倍思氮化镓充电器在充电效率和速度上确实有一定优势。

发热方面让人有些意外,理论上氮化镓技术能够降低损耗从而降低发热,但根据实际测试数据来看氮化镓充电器比两款普通的充电器热了非常多,正好冬天来了当个暖手宝还是没问题。

氮化镓只是进化,并非革命

综合来看,氮化镓似乎并没有带来什么质的飞跃,虽然性能上确实厉害一点,但牺牲了发热,最重要的是体积重量并没有傲视群雄,毕竟联想口红电源也做到了这么小,问题到底出在哪里?

其实仔细观察一下,联想口红电源能做到这么小其实是有很大妥协的。

左:联想 右:倍思氮化镓

联想口红电源最大的妥协就是仅有一个type-c接口,实用性大打折扣,而倍思氮化镓充电器拥有两个C口和一个标准的A口,能够同时满足三台设备的需求。另外,充电器的插头携带时也是比较碍事的,倍思可以折叠,联想不能。还有一点,联想口红电源的价格其实和倍思氮化镓充电器是差不多的,这就让联想口红电源的性价比显得比较低了。

左:其他充电器 右:倍思氮化镓

如果同时有多个设备,倍思氮化镓充电器1个可以顶3个,确实节省了不少空间和重量。所以即使外表看起来差不多大,但倍思氮化镓充电器多出两个接口和折叠式插头,占据了不少内部空间,对于本身空间就很吃紧的充电器来说,已经足够多了,这就是氮化镓技术带来的体积福利。

像紫米65W充电器虽然也有三个接口和折叠插头,但体积和重量就被倍思氮化镓充电器碾压,并且紫米是多口加起来65W,单口最高其实只有45W,而倍思氮化镓充电器第一个C口可以直接输出65W。

特别是在上面这种情况下,氮化镓充电器的好处就体现得淋漓尽致。无论是在办公室还是出差,1个充电器就可以同时充手机和电脑,省掉了不少麻烦,同时整洁的环境也可以让人感到愉悦。

小结

结论很明显,氮化镓技术确实让充电器的性能和体积趋于完美,但实际体验也没有那么神乎其神,毕竟只是个充电器而已。现在市面上氮化镓充电器普遍比同类型的普通充电器贵50%以上,值不值就看各位的想法和消费实力了。我个人认为,经常出差的商务人士、数码爱好者或者喜欢整洁的人可以尝尝鲜,至于没有太多需求的人,大可以等氮化镓技术普及后,价格便宜了再入手。

为什么充电器先吃氮化镓这个螃蟹?

在消费级产品中,充电器是氮化镓技术应用速度最快、宣传力度最大的品类,而PC等其他电源产品线似乎没什么动静。个人认为,这跟技术本身关系并不大,而是在于这个行业的热度。

任何厂家用氮化镓的目的肯定不是做公益、推动世界进步,而是赚更多的钱。以现在这个消费环境来看,流量才是王道。不管技术多牛X,没有噱头和热点,就很难变现。

手机是消费市场流量最高的品类,无论是需求还是关注度都是顶级。讲个笑话,不管实际体验如何,N千万像素和N颗摄像头就可以宣传媲美单反,掀起一阵热潮。在商家眼里,能做营销的技术才是好技术。

充电器行业以前是个毫无关注度的行业,近几年好不容易搭上了智能手机的快车,现在突然冒出个氮化镓,商家自然是不会放过这么优质的热点。即使这个技术只能带来5%的性能提升,但可以带更大的关注度、销量和50%以上的溢价,这就值得去做了。

PC电源和CRPS服务器电源用氮化镓的产品目前非常非常少,几乎没有。一方面这些电源的体积是intel统一规范的,氮化镓带来的体积重量优势意义不大,单纯做小反而不兼容机箱机柜;另一方面,PC电源实在是太小众了,即使氮化镓+80plus钛金认证这个组合极其诱人,又有多少人会买呢?中低端电源才是出货主力,这些级别的电源用上氮化镓反而又丧失了价格优势。

不过我相信它以后会慢慢普及,特别是像定制化的服务器电源、一体机电源、小机箱电源等等,如果成本能降下来,还是很值得期待的。

氮化镓的未来还没有到来

今天把氮化镓和充电器联系在一起,视野和格局有点小了,其实氮化镓的意义远远不止于此。民用消费产品往往不是前沿技术大展拳脚的主战场,商用、军用等这些看不见的领域才是氮化镓技术可能发光发热的地方。

任何电子设备都离不开电源的默默付出,我们都希望电源在性能足够强大的同时体积尽可能小,这样在相同体积甚至更小体积下,其他核心组件才有更大的发挥空间。

氮化镓在5G设备上的优势

比如说5G时代会在室内布置相当多的微基站,这些数量庞大的微基站需要相应的电源配套,传统电源体积和重量都比较大,而氮化镓电源能大幅度缩小体积,节省室内空间。

在这几年大热的电动汽车领域,氮化镓也是一个潜力股。近日,2014年诺贝尔物理学奖得主之一、日本名古屋大学教授天野浩领导的研究团队宣布,他们利用半导体材料氮化镓(GaN)研发的逆变器,已首次成功应用在电动汽车上,有望让电动汽车节能20%以上。不过目前他们仍然面临装置的可靠性和价格这两样课题研究,争取2025年投入市场。

长远来看,氮化镓技术才刚刚开始推广到各个领域,提升和优化的空间还很大,还有很多我们想不到的可能性和应用场景,所以未来它到底能带来什么,请各位拭目以待吧。
        责任编辑:wv

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发表于 10-24 08:49 299次 阅读
请问有智能手机充电器模块电路图吗?

请问有调压电源兼充电器电路图吗?

调压电源兼充电器
发表于 10-17 09:10 128次 阅读
请问有调压电源兼充电器电路图吗?

72伏充电器的功率管烫手,输出电压比正常低6伏,是什么原因?

发表于 10-15 21:53 429次 阅读
72伏充电器的功率管烫手,输出电压比正常低6伏,是什么原因?

电动自行车充电器的原理是什么?

电动自行车充电器的原理与检修
发表于 10-15 09:02 143次 阅读
电动自行车充电器的原理是什么?

LTC4000-1的具体参数有什么?

LTC4000-1是高压高性能转换器,能把许多外部补偿的DC/DC电源转换成全特性的电池充电器,并具有最大功率点控制。 ...
发表于 10-12 10:44 196次 阅读
LTC4000-1的具体参数有什么?

【DIY赏析】8V电动车充电器改22-50V可调电源

在网上看到一个24-36V供电的936控制板制作方案,想着做一个试试,但是手头上没有这个电源呀,怎么办呢?于是家里到处找了一下,...
发表于 09-30 10:14 1826次 阅读
【DIY赏析】8V电动车充电器改22-50V可调电源

TSU6111 具有集成阻抗和充电器检测的双 SP2T 微型 USB 开关

TSU6111支持阻抗检测的差分高性能自动SP2T开关。这个开关特有阻抗检测,这一功能能够检测通过DP和DM附件的多种配件。充电器检测满足USB充电器规范v1.1。V BUS_IN 支持28V允差差电压以避免外部保护。 这个设备通过附加的V BAT < /sub>或者V BUS_IN 进行供电。 此开关有自动检测逻辑控制或者通过I 2 C接口手动控制。当USB,UART JIG线缆在开发和制造期间被用来进行测试时,JIG和BOOT针脚启用.TSU6111支持开漏JIG输出(低电平有效)。 特性 双SP2T USB和UART路径支持USB 2.0高速接口 智能检测 插入/拔出检测 USB充电器检测 阻抗检测 检测功能与CEA-936A < br>兼容(4线协议,UART接口) 充电器检测 与USB BCDv1.1兼容 VBUS检测 数据接触检测 一级和二级检测 ...
发表于 09-13 14:17 145次 阅读
TSU6111 具有集成阻抗和充电器检测的双 SP2T 微型 USB 开关