什么是GaN充电器?电池技术的新方向吗?

氮化镓(GaN)充电器在2020年国际消费电子展上大出风头,这种现代的硅替代品意味着更小、更高效的充电器和电源正在问世。

氮化镓充电器的优点

GaN充电器在物理上小于电流充电器,这是因为氮化镓充电器不需要的组件数量要少于硅充电器。该材料能够随时间传导比硅高得多的电压。GaN充电器不仅在传输电流方面更有效,而且还意味着更少的能量损失在热量上。因此,当组件在将能量传递到设备时效率更高时,通常只需要较少的组件。结果,随着技术的广泛普及,GaN电源和充电器将显著缩小。还有其他好处,例如更高的开关频率可以实现更快的无线功率传输。

目前,GaN半导体的价格通常高于硅。但是,由于提高了效率,因此减少了对其他材料的依赖,例如散热器,滤波器和电路元件。一家制造商估计在此领域可节省10%到20%的成本。一旦实现大规模生产的经济利益,这甚至可以进一步改善。

你甚至可以节省电费,因为更高效的充电器意味着更少的能源浪费。但是,不要期望功率相对较低的设备(例如笔记本电脑和智能手机)发生巨大变化。

什么是氮化镓?

氮化镓是一种半导体材料,在1990年代通过制造LED成为人们关注的焦点。GaN被用于创建白天可以看到的第一批白光LED,蓝光激光器和全彩LED显示屏。在蓝光DVD播放器中,GaN产生蓝光,该蓝光从DVD读取数据。

看来GaN很快将在许多领域取代硅。硅制造商数十年来一直不懈地努力来改进基于硅的晶体管。根据  摩尔定律 ,集成硅电路中的晶体管数量大约每两年翻一番。这项观察是在1965年进行的,在过去50年中基本上是正确的。不过,在2010年,半导体技术的发展首次低于这一速度。许多分析师(以及摩尔本人)预测,到2025年,摩尔定律将过时。

GaN晶体管的产量在2006年增加了。改进的制造工艺意味着GaN晶体管可以在与硅类型相同的设备中制造。这样可以降低成本,并鼓励更多的硅制造商使用GaN生产晶体管。

为什么氮化镓优于硅?

与硅相比,GaN的优势归结为功率效率。氮化镓专业制造商作为GaN Systems  解释说:

“所有半导体材料都有所谓的带隙。这是固体中没有电子可以存在的能量范围。简而言之,带隙与固体材料的导电性能有关。氮化镓的带隙为3.4 eV,而硅的为1.12 eV。氮化镓的带隙较宽,这意味着它可以承受比硅更高的电压和更高的温度。”

另一家GaN制造商Efficient Power Conversion Corporation 表示  ,GaN的电子引导效率是硅的1,000倍,并且制造成本更低。

带隙效率更高意味着电流可以比硅芯片更快地通过GaN芯片,将来可能会导致更快的处理能力。简而言之,由GaN制成的芯片将比由硅制成的芯片更快,更小,更节能,并且(最终)便宜。

可以预见的是,在大型的硬件制造商(如苹果和三星)开始将其包含在新的计算机和智能手机中之前,你可能不会在轻易看到很多GaN充电器。

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