根據(jù)TechInsights針對(duì)三個(gè)主要產(chǎn)品分析，有效的大功率、緊湊型AC適配器可采用碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)和硅超接合面這三種材料來設(shè)計(jì)制造，哪種AC適配器性能最好？

根據(jù)TechInsights針對(duì)三個(gè)主要產(chǎn)品分析，有效的大功率、緊湊型AC適配器可采用碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)和硅超接合面這三種材料來設(shè)計(jì)制造，哪種AC適配器性能最好？

AC適配器的存在不斷提醒著，我們鐘愛的移動(dòng)設(shè)備并不像想象的那樣具有移動(dòng)性。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備都需要定期重新連接AC適配器，為其鋰離子電池充電。

雖然需求保持不變，但充電技術(shù)的背后卻在不斷發(fā)生變化。雖然硅一直是該領(lǐng)域的成熟技術(shù)，但制造商們現(xiàn)在正在考慮采用碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更高的效率。

最初，大多數(shù)AC適配器基本上是線性電源，它將變壓器與橋式整流器，以及電容濾波器組合在一起，將AC主電壓轉(zhuǎn)換為平滑的低壓DC電流以便適合為電池充電。這些適配器僅限于特定的AC電壓輸入，以產(chǎn)生特定的DC電壓輸出，通常不能在國際上通用。

它們又笨重又累贅，每個(gè)需要DC電源的設(shè)備通常都需要一個(gè)不同的適配器。而且，基于線性變壓器的充電技術(shù)效率低下，因?yàn)槎嘤嗟墓β蕰?huì)以熱量的形式耗散，即使在無負(fù)載電流的情況下也會(huì)耗散功率。

自20世紀(jì)80年代以來，開關(guān)模式電源(SMPS)逐步取代了基于線性變壓器的充電技術(shù)。各種各樣的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)，但基本上，它們都基于相同的原理：AC電壓被整流為高DC電壓用以驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路，這種開關(guān)電路包含一個(gè)高頻工作的變壓器，并以所期望的低電壓輸出DC電流。

SMPS的最大好處是它們適用于各種AC輸入電壓和頻率，因此得以生產(chǎn)「國際通用」的適配器。此外，SMPS還可以透過配置產(chǎn)生各種DC輸出，利用改變高壓開關(guān)電路的開-關(guān)時(shí)間比例即可實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。

相對(duì)較新的USB-C充電標(biāo)準(zhǔn)旨在提供高達(dá)100W(比如電壓為20V、電流為5A)的可變充電功率，從而可以使用單個(gè)AC適配器為各種設(shè)備充電。此外，USB-C線纜是雙向的，即可以使用相同的數(shù)據(jù)線透過顯示器為筆記本電腦充電或利用筆記本電腦為手機(jī)充電，設(shè)備一旦連接，充電功率和電壓即可動(dòng)態(tài)配置。

用于消費(fèi)類應(yīng)用的SMPS通常需要額定電壓為600V的場(chǎng)效晶體管(FET)。該FET用來驅(qū)動(dòng)SMPS中變壓器的高壓高頻開關(guān)。

合適的FET可以采用寬能隙(WBG)GaN、SiC或硅制造。硅基超接合面(SJ)MOSFET技術(shù)目前在移動(dòng)設(shè)備AC適配器市場(chǎng)仍占主導(dǎo)地位，但GaN和SiC組件將提供更高的效率和更小的外形尺寸。

目前提出的GaN組件是在GaN-on-Si基板上形成的橫向高電子移動(dòng)率晶體晶體管(HEMT)。寬能隙市場(chǎng)目前有多家AC適配器新創(chuàng)公司，但截至目前還沒有一家主要OEM采用這種技術(shù)。接下來，本文將比較這三種關(guān)鍵組件。

AvogyZolt充電器采用SiC

2016年，TechInsights曾研究Avogy的Zolt筆記本電腦充電器，型號(hào)ZM070LTPX01-G。盡管Avogy聲稱是GaN組件供貨商，但TechInsights卻發(fā)現(xiàn)Zolt中采用了一個(gè)SiC功率FET，而且可能由Cree制造，包裝卻印上了Avogy的標(biāo)記。

TechInsights在PntPower.com的同事隨后指出，Avogy采用SiC組件的原因之一是當(dāng)時(shí)SiC可用并有效。圖1展示了Zolt筆記本電腦充電器主板，并標(biāo)示了AV150-00028SiC組件的位置。圖1Zolt筆記本電腦充電器主板。

Avogy現(xiàn)在已不再是一家獨(dú)立公司，但AvogyZolt仍能透過第三方零售商購買。TechInsights追蹤了Zolt產(chǎn)品的14項(xiàng)設(shè)計(jì)，涉及多家公司，其中包括英飛凌(Infineon)、Maxim、Microchip和德州儀器(TI)等。

采用GaN的RAVPowerRP-PC104

自2016年以來，GaN商用市場(chǎng)取得了長足發(fā)展。現(xiàn)在有越來越多的供貨商提供基于GaN的AC適配器，包括RAVPower、Anker、FINsix、MadeinMind(MuOne)等。

現(xiàn)在有許多供貨商提供GaNFET組件，從GaNSystems和Navitas等小型新創(chuàng)公司到英飛凌和Panasonic等大型企業(yè)。最近，TechInsights發(fā)布了對(duì)RAVPowerRP-PC10445WUSB-C充電器的一些拆解結(jié)果，該充電器宣稱基于GaN技術(shù)。

我們發(fā)現(xiàn)RP-PC104采用了兩顆NavitasNV6115GaN功率IC。圖2顯示RP-PC104主板，標(biāo)示了NavitasNV6115的位置。

圖2RP-PC104主板。

TechInsights隨后在MadeinMindMuOne45W充電器和AukeyPA-U5024WUSB充電器中也找到了Navitas組件。MuOne充電器與RavPower充電器的設(shè)計(jì)基本相同，兩者似乎都基于Navitas參考設(shè)計(jì)。

AukeyPA-U50尤其令人感興趣，因?yàn)樗捎昧诵碌腘avitasNV6250整合半橋IC。TechInsights目前正在對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)研究，圖3顯示了RP-PC104中整合GaNHEMT裸晶的NV6115芯片。

圖3NV6115芯片。

Innergie60C采用了硅

TechInsights最近購買了由DeltaElectronicsGroup制造的Innergie60CUSB-C60W適配器，預(yù)期其應(yīng)采用GaN組件。網(wǎng)絡(luò)傳聞該設(shè)備采用了一個(gè)600V英飛凌CoolMOS超接合面MOSFET，但Delta用安全涂料遮蓋了標(biāo)記。

TechInsights對(duì)Innergie60C的拆解證實(shí)了它的確采用了600V英飛凌IPL60R185C7CoolMOS組件并使用了安全涂料。但是，在該產(chǎn)品中沒有找到任何GaN組件。

圖4顯示Innergie60C內(nèi)部的其中一小塊PCB。圖中標(biāo)示了英飛凌IPL60R185C7600VCoolMOS的位置，但標(biāo)記被遮蓋。TechInsights計(jì)劃針對(duì)600V英飛凌IPL60R185C7CoolMOS組件做一份更詳細(xì)的分析。

圖4Innergie60C內(nèi)部一塊PCB。

AC適配器前景展望

奇怪的是，在以上討論的三款A(yù)C適配器中，Innergie60C似乎提供了最佳的整體系統(tǒng)性能(表1)。

表1三款適配器比較。

行動(dòng)充電器性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一是功率密度，即每立方英吋體積產(chǎn)生的瓦數(shù)。Innergie60C明顯是這一指標(biāo)的贏家，其功率密度最高，為17.4W/in3；而較早出現(xiàn)的AvogyZolt則體積最大且功率密度最低。

Innergie60C的制造商Delta是一家AC適配器的成熟制造商，其聲稱每年可以生產(chǎn)8,000萬個(gè)筆記本電腦適配器。因此Innergie60C的設(shè)計(jì)極有可能是經(jīng)過高度優(yōu)化，GaN組件需要進(jìn)一步優(yōu)化才能有效地與硅基超接合面MOSFET技術(shù)競爭。

透過進(jìn)一步對(duì)幾大主要OEM商用充電器進(jìn)行研究，包括GooglePixel3、華為Mate200Pro和諾基亞9PureView快速充電器，發(fā)現(xiàn)它們均采用了硅基超接合面MOSFET技術(shù)。顯然，硅技術(shù)繼續(xù)主導(dǎo)著這個(gè)市場(chǎng)。

由于SiC技術(shù)成本相對(duì)較高，因此不太可能在AC適配器市場(chǎng)取得大范圍應(yīng)用。相反，該技術(shù)更適合高壓應(yīng)用，目前它已成功取代了電動(dòng)和混合動(dòng)力車市場(chǎng)中的硅IGBT技術(shù)。

TechInsights還發(fā)現(xiàn)GaNAC適配器在功率密度方面還沒有超越高質(zhì)量的超接合面AC適配器。但無論如何，目前已知的GaN技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以及業(yè)界對(duì)GaN解決方案開發(fā)興趣將最終導(dǎo)致GaN在AC適配器市場(chǎng)中取得成功，期望在高效率、小尺寸、高功率的AC適配器中更多地見到GaN的身影。

目前在GaNHEMT功率晶體管市場(chǎng)已經(jīng)有許多參與者，包括相對(duì)較新的新創(chuàng)企業(yè)和大型成熟企業(yè)。硅和SiC技術(shù)似乎已有獨(dú)立的市場(chǎng)利基，期待看到創(chuàng)新持續(xù)增長且不斷發(fā)展，GaN也能成為適配器領(lǐng)域有力的競爭者。