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電子工程專輯EETimesChina-提供有關電子工程及電子設計的最新資訊和科技趨勢根據TechInsights對三個主要產品的分析，有效的大功率、緊湊型AC適配器可以采用碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)和硅超結這三種材料來設計制造。vwtEETC-電子工程專輯AC適配器的存在不斷提醒著我們，我們鐘愛的移動設備并不像我們想象的那樣具有移動性。每個移動設備都需要定期重新連接AC適配器，為其鋰離子電池充電。vwtEETC-電子工程專輯雖然需求保持不變，但充電技術的背后卻在不斷發生變化。雖然硅一直是該領域的成熟技術，但制造商們現在正在考慮采用碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術來實現更高的效率。vwtEETC-電子工程專輯最初，大多數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器濾波器組合在一起，將AC主電壓轉換為平滑的低壓DC電流以便適合給電池充電。這些適配器僅限于特定的AC電壓輸入，以產生特定的DC電壓輸出，通常不能在國際上通用。它們又笨重又累贅，每個需要DC電源的設備通常都需要一個不同的適配器。而且，基于線性變壓器的充電技術效率低下，因為多余的功率會以熱量的形式耗散，即使在無負載電流的情況下也會耗散功率。vwtEETC-電子工程專輯自20世紀80年代以來，開關模式電源（SMPS）逐步取代了基于線性變壓器的充電技術。各種各樣的電路拓撲結構出現，但基本上，它們都基于相同的原理：AC電壓被整流為高DC電壓用以驅動開關電路，這種開關電路包含一個高頻工作的變壓器，并以所期望的低電壓輸出DC電流。vwtEETC-電子工程專輯SMPS的最大好處是它們適用于各種AC輸入電壓和頻率，因此得以生產國際通用的適配器。此外，SMPS還可以通過配置產生各種DC輸出，通過改變高壓開關電路的開-關時間比例即可實現電壓調節。vwtEETC-電子工程專輯相對較新的USB-C充電標準旨在提供高達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AC適配器為各種設備充電。此外，USB-C線纜是雙向的，即可以使用相同的數據線通過顯示器為筆記本電腦充電或通過筆記本電腦為手機充電。設備一旦連接，充電功率和電壓即可動態配置。vwtEETC-電子工程專輯用于消費類應用的SMPS通常需要額定電壓為600V的場效應晶體管（FET）。該FET用來驅動SMPS中變壓器的高壓高頻開關。vwtEETC-電子工程專輯合適的FET可以采用寬帶隙氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）或硅（Si）制造。硅基超級結MOSFET技術目前在移動設備AC適配器市場仍占主導地位，但GaN和SiC器件將承諾提供更高的效率和更小的外形尺寸。vwtEETC-電子工程專輯目前提出的GaN器件是在GaN-on-Si襯底上形成的橫向高電子遷移率晶體管（HEMT）。寬帶隙市場目前有多家AC適配器初創公司，但截至目前還沒有一家主要OEM廠商采用這種技術。接下來，我們來比較一下這三種關鍵器件。vwtEETC-電子工程專輯AvogyZolt充電器采用了SiC，而不是GaN2016年，TechInsights曾研究了Avogy的Zolt筆記本電腦充電器，型號ZM070LTPX01-G。盡管Avogy聲稱是GaN器件供應商，但TechInsights卻發現Zolt中采用了一個SiC功率FET，而且可能由Cree制造，包裝卻印上了Avogy的標記。vwtEETC-電子工程專輯我們PntPower.com的同事隨后指出，Avogy采用SiC器件的原因之一是當時SiC可用并有效。圖1展示了Zolt筆記本電腦充電器的主板，并標示了AV150-00028SiC器件的位置。vwtEETC-電子工程專輯Avogy現在已不再是一個獨立公司，但AvogyZolt仍能夠通過第三方零售商購買到。TechInsights追蹤了Zolt產品的14項設計，涉及多家公司，其中包括英飛凌、Maxim、Microchip和德州儀器等。vwtEETC-電子工程專輯vwtEETC-電子工程專輯圖1vwtEETC-電子工程專輯采用GaN器件的RAVPowerRP-PC104自2016年以來，GaN商用市場取得了長足發展。現在有越來越多的供應商提供基于GaN的AC適配器，包括RAVPower、Anker、FINsix、MadeinMind（MuOne）等。vwtEETC-電子工程專輯現在有許多供應商提供GaNFET器件，從GaNSystems和Navitas等小型初創公司到英飛凌和松下等大型企業。最近，TechInsights發布了對RAVPowerRP-PC10445WUSB-C充電器的一些拆解結果，該充電器宣稱基于GaN技術。vwtEETC-電子工程專輯我們發現RP-PC104采用了兩顆NavitasNV6115GaN功率IC。圖2顯示了RP-PC104主板，標示了NavitasNV6115的位置。vwtEETC-電子工程專輯vwtEETC-電子工程專輯圖2vwtEETC-電子工程專輯vwtEETC-電子工程專輯TechInsights隨后在MadeinMindMuOne45W充電器和AukeyPA-U5024WUSB充電器中也找到了Navitas器件。MuOne充電器與RavPower充電器的設計基本相同。兩者似乎都基于Navitas參考設計。vwtEETC-電子工程專輯AukeyPA-U50尤其令人感興趣，因為它采用了新的NavitasNV6250集成半橋IC，TechInsights目前正在對其進行仔細研究。圖3顯示了RP-PC104中集成了GaNHEMT裸片的NV6115芯片。vwtEETC-電子工程專輯vwtEETC-電子工程專輯圖3vwtEETC-電子工程專輯Innergie60C采用了Si，而不是GaNTechInsights最近購買了由DeltaElectronicsGroup制造的Innergie60CUSB-C60W適配器，預期其應采用GaN器件。但網間傳聞該設備采用了一個600VInfineonCoolMOS超級結MOSFET，但Delta用安全涂料遮蓋了標記。vwtEETC-電子工程專輯TechInsights對Innergie60C的拆解證實了它的確采用了600VInfineonIPL60R185C7CoolMOS器件并使用了安全涂料。但是，在該產品中沒有找到任何GaN器件。vwtEETC-電子工程專輯圖4顯示了Innergie60C內部的其中一小塊PCB。圖中標示了英飛凌IPL60R185C7600VCoolMOS的位置，但標記被遮蓋。TechInsights計劃針對600VInfineonIPL60R185C7CoolMOS器件做一份更詳細的分析。vwtEETC-電子工程專輯vwtEETC-電子工程專輯圖4vwtEETC-電子工程專輯ACadapters前景展望奇怪的是，在上面討論的三個AC適配器中，Innergie60C似乎提供了最佳的整體系統性能（見表1）。vwtEETC-電子工程專輯vwtEETC-電子工程專輯表1vwtEETC-電子工程專輯vwtEETC-電子工程專輯移動充電器性能的衡量標準之一是功率密度，即每立方英寸體積產生的瓦數。Innergie60C明顯是這一指標的贏家，其功率密度最高，為17.4Win3。而較早出現的AvogyZolt則體積最大且功率密度最低。vwtEETC-電子工程專輯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8000萬個筆記本電腦適配器。因此Innergie60C的設計極有可能是經過高度優化的。GaN基器件需要進一步優化才能有效地與硅基超級結MOSFET技術競爭。vwtEETC-電子工程專輯vwtEETC-電子工程專輯通過進一步對幾大主要OEM的幾款商用充電器進行研究，包括GooglePixel3、華為Mate200Pro和諾基亞9PureView快速充電器，發現它們均采用了硅基超級結MOSFET技術。顯然，硅技術繼續主導著這個市場空間。vwtEETC-電子工程專輯由于SiC技術成本相對較高，因此不太可能在AC適配器市場取得大范圍應用。相反，該技術更適合高壓應用，目前它已成功取代了電動和混合動力汽車市場中的硅IGBT技術。vwtEETC-電子工程專輯TechInsights還發現GaNAC適配器在功率密度方面還沒有超越高質量的超級結AC適配器。但無論如何，目前已知的GaN技術優勢以及業界對GaN解決方案開發興趣將最終導致GaN在AC適配器市場中取得成功。我們期望在高效率、小尺寸、高功率的AC適配器中更多地見到GaN的身影。vwtEETC-電子工程專輯目前在GaNHEMT功率晶體管市場已經有許多參與者，包括相對較新的初創企業和大型成熟企業。Si和SiC技術似乎已有獨立的市場利基，我們期待看到創新持續增長且不斷發展，GaN也能成為適配器領域有力的競爭者。vwtEETC-電子工程專輯本文為《電子工程專輯》10月刊雜志文章，版權所有，禁止轉載。點擊申請免費雜志訂閱vwtEETC-電子工程專輯責編：YvonneGengvwtEETC-電子工程專輯相關閱讀：碳化硅，為何讓人又愛又恨？vwtEETC-電子工程專輯相關閱讀：GaN在2019年的發展，你需要了解的有這些vwtEETC-電子工程專輯閱讀全文，請先電子工程專輯EETimesChina-提供有關電子工程及電子設計的最新資訊和科技趨勢

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