​氮化镓 GaN 成主流 它是如何让电源更高效的？

氮化镓 GaN 成主流 它是如何让电源更高效的？

虽然从苹果被认为是取消附带充电器的始作俑者，但现在的智能手机不附带充电器已经成为常态了，所以人们不得不自行购买。由于当下的手机的电池容量越来越大，加上人们愈发追求较短的充电时间，所以高功率的快速充电器就成为首选，尤其是氮化镓 GaN 充电器已经成为了主流，例如下图的这款联想拯救者 C135 氮化镓 GaN 充电器输出功率就高达 135W。

早期的电源适配器，通常都是由传统的硅钢片或者铁氧体环绕制初级和次级线圈的变压器变压，然后再经过整流和滤波即可输出我们所需的直流电，这种电源也被称为线性电源。下图就是一个最简单的线性电源电路图，不仅只有一路电压输出，甚至连滤波电容都没有。

线性电源可以说是简单粗暴，但是能效较低，想要提高输出功率势必就要增加变压器的体积和重量，尤其是一些高功率的变压器，体积往往重达数公斤，而且还会带来较大的发热损耗，这显然是人们所不能接受的，所以现在线性电源基本淘汰，仅应用于一些音频功放中，而我们使用的无论是手机充电器还是笔记本电脑的电源适配器，还是台式机用的电源供应器，都是用的开关电源。

线性电源能效低的原因就是使用时 220V 50Hz 或者 110V 60Hz 的工频交流电，人们发现如果提输入交流电源的频率，就可进一步提升电源的效能，这样就使得变压器在保证足够的功率输出的同时，还能实现较小的体积。但这样会使得电源的电路发生较大的变化，开关电源需要先将 220/110V 50/60Hz 正弦波交流电整流成高压直流电，然后再由开关电路将其逆变成超高频率的方波交流电，然后再经过变压器的变压，最后经过整流和滤波即可输出我们所需的直流电，下图就是个简单的开关电源电路。

那么开关电路如何把直流电变成高频交流电的？我们在高中物理中学过，变压器的初级线圈如果快速的有电流通断，次级线圈也会感应出交流电，但是图形就是方波而非正弦波。在开关电源中，半导体的开关管就成为核心部件，它是通过高速的开关来实现对于变压器输入电源频率的提升，例如问我们的工频交流电是 50Hz，而开关管的开关频率达到数 KHz，甚至 1MHz 以上。开关管的开关频率越高，电源的能效也会随之提升，但由于半导体元件也是有电阻的，高频工作时发热量较大，往往要固定在散热片上。我们目前常用的开管主要采用的是硅基功率 MOSFET，但随着人们对于更快的开关速度和更低电阻的要求不断提升，硅基功率 MOSFET 已经被推到了极限，所以氮化镓 GaN 半导体就成为新一代的功率元件。

氮化镓 GaN 被称为第三代半导体，堪称是把电子性能带到另一个更高水平、恢复摩尔定律的的快速发展一种全新材料，当然晦涩难懂的材料解析和工作原理我们就略过了，大家只要知道氮化镓 GaN 器件的电子传导效率是硅基器件的 1000 倍就可以了，氮化镓 GaN 高电子迁移率可实现更高的击穿强度、更快的开关速度、更高的热导率和更低的导通电阻，用氮化镓 GaN 制造高效率功率晶体管和集成电路会，实现更高的功率和更小的体积，例如下图就是硅功率元件和氮化镓 GaN 的功率元件的体型对比，而 " 五福一安 " 的体型现在已经可以做到的 30W 的功率。

除此之外，氮化镓 GaN 也开始尝试在台式机的电源供应器上使用，并带来了较大的功率，典型的产品就是华硕 ROG 玩家国度的雷神，最高可提供 1600W 的功率输出，可以说直接带两个 RTX 4080 都没问题，只是价格方面让人只能仰视了。

简单的说，氮化镓 GaN 让我们用上了更小体型、更高效率和更高稳定性的电源。不过，氮化镓 GaN 电源虽好，不过购买的时候也不要过于追求功率，例如 100W 以上的都可以为笔记本电脑供电了，而手机和平板电脑，选 30W 或者 65W 的就可以了。