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小米GaN充电器厉害在哪里?

平时我们使用充电器,一般都是关注充电器的品牌,是小米还是华为,不会去在意它里面是使用的什么材料,为什么小米这款65W的充电器要单独说明是GaN呢?

答案很明显,我们以前用的充电器里面的材料都不是GaN。这次使用新的材料当然很有必要告知大家一下。就像你买了一件新衣服或者新的mac色号,肯定是希望别人注意到它。

GaN是个什么东西呢?作为一个非材料的学生,我也不能说的很准确,用本专业的知识理解就是:小米的GaN的充电器里面有个芯片—— GaNFast功率IC,它使用材料是氮化镓(GaN),而GaN是一种新的半导体材料,其运行速度比以前的硅(Si)电源芯片快100倍(数据有待考究)。简单的说就是,GaN是一种新的半导体材料。它的新让充电器优势体现在下面几个方面:

  • 你家里用的都是Si充电器,它是GaN
  • 体积比较小,而且很轻,充电还快
  • 发热小,功率密度大,效率高

无论是GaN充电器,还是你手上正在用的充电器,目的只有一个——交流变成直流。现在家里使用电器设备,供电输入基本都是AC220V的电压,但是在设备内部,有的需要DC12V,DC5V,DC3.3V等不同类型的电压,且这些电压必须持续不断的提供稳定的电压和电流。这里面使用的技术统称为开关电源技术。

开关电源的基本电路包含六大部分:输入电路、开关电路、激励电路、输出电路、稳压电路、保护电路。

由于开关电源内部错综复杂,上面的箭头只是列举了非常简单的连接关系。比如保护电路其实在使用任何一个器件的时候,都会考虑到它的耐压,耐流,功耗值等方面,这里的保护电路是指的过压保护,欠压保护,过流保护,过热保护。

在《电力电子技术》这本书第六章里面,讲述了四种直流变直流的开关电源拓扑结构,这几个拓扑在生活场景中应用的比较多的是降压,升压以及升降压电路。随着电子产品的种类日益丰富,不同设备对电源的要求不一样,显然这些简单的拓扑已经无法满足设备的供电需求。于是发展出来了准谐振技术、PFC技术、谐振型技术、ZVS  ZCS技术、同步整流、双管PFC、数控开关电源等等技术。

     下面是开关电源拓扑演变的过程。

(1)线性稳压电路

这种线性稳压电路只能将电压降低,优点是电路简单,纹波小,噪声小,缺点是发热大,降压范围有限。缺点限制了它在输入电压高,输出电压低的场合使用,而经常用作二级降压电路的降压。因此,为了克服电压范围的问题,陆续出现的串联型开关电源、并联型开关电源、变压器型的开关电源。

(2)串联型降压稳压电源

(3)串联型降压开关电源

(4)带变压器的串联型降压开关电源

(5)并联型升压开关电源

 

上面几个拓扑可以看出不同类型开关的电源如下:

  • 线性稳压器:可靠,简单,范围窄,损耗大
  • 开关电源:动态范围大,损耗小,电路复杂,故障率高
  • 变压器型:多路输出,隔离,所有路的输出都稳压

回到小米的GaN充电器,按照目前的开关电源拓扑,现在华为,小米的充电器在技术上应该是采用变压器型的开关电源,当然里面可能还有软开关等技术。GaN充电器在技术上它不可能创造了一个新的拓扑,还是那些东西,但是它的功率IC在用料上比Si性能强太多了。

在20世纪70年代,那个时候的电子电路主角还是电子管,而一个电子管差不多都有半个充电器大。到后来晶体管的使用,也就是Si半导体,充电器就成了我们现在用的,直到现在的GaN半导体出现,也就成了“雷布斯”说的那样GaN(氮化镓)作为一种新半导体材料,给充电器,带来了无法想象的效果。它特别小,充电效率特别高,比小米10 Pro标配的65W充电器再小了一半”

所以现在再理解小米充电器文案写的“氮化镓黑科技”、“第三代半导体材质”是不是好多了?

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