到底「氮化鎵GaN」是什麼? 為什麼充電器都要採用它?

         早期的手機充電器功率大約只有 2.5-5 瓦,而現在的充電器動輒30瓦以上,不僅高效能且小巧輕便,究竟是如何做到的呢? 

 

現代人追求快速、輕巧、方便,對充電器的要求也不惶多讓。因應此需求,市場上許多充電器主打採用「氮化鎵 GaN」號稱能以小體積搭載高瓦數充電。氮化鎵(GaN)是一種半導體材料,常用於電子元件、光電元件的製造。氮化鎵應用在充電器的主要原因是其具有- 高轉換效率、高頻操作能力、低熱耗等特性,使得充電器可以更小巧輕便,但又能同時提供高功率的充電效率。(延伸閱讀:氮化鎵(GaN)真的是黑科技,還是行銷噱頭?) 

 

使用氮化鎵技術的充電器,相比傳統矽基充電器,能夠更有效地轉換電力,減少能量損失,同時具有更高的功率密度。當充電器設計更精簡、體積更小,還能滿足快充需求,在數位時代下,人們快速移動生活中,無論是出門旅行或工作中,最佳的充電好幫手!

究竟是 GaN 充電器是如何演變來的?

圖:充電器發展史

線性充電器  

 

線性充電器原理,是將一般插座的 110V/220V AC 交流電源,利用變壓器內「輸入」與「輸出」線圈不同的匝數比 – 其電磁感應產生頻率相同,但電壓不同的交流電,先完成降壓後,再將交流電轉換成直流電,便可用此電壓進行充電。

    

開關充電器  

 

爾後人們希望把充電功率加大,於是等比例增加變壓器內的線圈數量,但體積與電磁感應的磁通量也隨之增加,充電器變得笨重且容易發熱。

  

因此發明出「拉高頻率,減少能量損失」方法,使用「矽半導體材料」製作高頻的開關變壓器。將 60Hz 交流電轉換為直流電,再利用矽半導體開關把頻率轉換為 50 KHz 高頻交流電,再進行變壓以此降低能量損耗,便能提高效率減少發熱現象,並且縮小體積。

    

GaN 充電器  

 

在開關充電器中將直流轉為交流的「矽半導體」到一定頻率下 (約 100 kHz) 轉換效率便會大幅下降,因此又再找上了氮化鎵 (GaN) 半導體 – 其優良的電特性 (Ga N能隙是矽的三倍,崩潰電壓極限是矽的 10 倍) 更適合在高頻高電壓下工作,能夠傳導更高的電壓,並減少發熱量,將變壓器再次縮小 ,進而做出「大功率小體積」的充電器。

Innergie最新升級的C6 Duo II 就是應用了GaN元件,使用台達旗下「碇基半導體(Ancora)第三GaN氮化鎵 具有高效、節能且輕巧不占空間的優勢。更特別的是,Innergi獨家導入回收再生塑膠(PCR, Post-Consumer Recycled)於充電器外殼,在用料上減少環境負擔,讓環保減碳大升級

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