В сфере блоков питания происходит революция и имя ей – GaN-транзисторы. Это интересная технология, но действительно ли она так превосходит традиционные блоки питания на базе кремниевых транзисторов? Не может ли так случиться, что зарядные устройства на базе GaN – это в основном маркетинг. Ведь среднюю GaN-зарядку продают дороже, чем традиционный кремниевый блок питания схожей мощности.
Как работают импульсные блоки питания и зарядки
Все современные блоки питания смартфонов, планшетов, ноутбуков построены по импульсному принципу. То есть они порциями (импульсами) отдают энергию из розетки в ваш девайс. Это происходит много тысяч раз в секунду, благодаря чему каждая такая порция оказывается крохотной. Следовательно, можно использовать небольшие компоненты. Именно поэтому импульсные блоки питания компактны (трансформаторные блоки работают с низкой частотой 50 Гц – как в розетке, – поэтому они велики и тяжелы при похожей мощности).
Для такой импульсной «нарезки» энергии в импульсном блоке питания используется силовой транзистор. Транзистор включает и выключает микросхему, которая с помощью обратной связи следит, чтобы на выходе блока питания, подключаемого к вашему устройству, было постоянно стабильное напряжение (5 или 9, 12, 20 Вольт).
Транзисторы имеют определенные характеристики и одна из них – максимальная частота открывания-закрывания. То есть, используя кремниевые транзисторы, существует ограничение минимальных размеров такого блока питания для определенной мощности.
Лишь подняв частоту работы транзистора можно снизить элементы блока питания, сохранив его электрическую мощность. Транзисторы на основе нитрид галлия могут открываться-закрываться значительно быстрее, чем кремниевые транзисторы – сотни тысяч герц для GaN против десятков тысяч у кремниевых транзисторов.
Что такое зарядное устройство GaN
Зарядные устройства GaN – это зарядные устройства, использующие транзистор на основе нитрида галлия (на рисунке ниже этот транзистор обведен желтым).
GaN обеспечивает более высокую тепловую и энергетическую эффективность, чем кремний. Он имеет более высокий предел температуры и гораздо более высокую подвижность электронов по сравнению с кремнием. GaN также имеет ширину запрещенной зоны, которая почти втрое больше, чем у кремния, что позволяет ему производить электроны при более высоких напряжениях.
Как следствие, GaN-транзистор действительно показывает отличные результаты в ситуациях, когда нужно быстро перемещать много энергии, как в случае быстрого зарядного устройства для телефона или ноутбука.
Благодаря более высокой частоте работы зарядные устройства GaN могут быть более компактными, чем традиционные зарядные устройства на основе кремния. Некоторые зарядки GaN могут быть до 40% легче по сравнению с кремниевым блоком питания такой же мощности.
Зарядные устройства на основе GaN становятся основой для мощных универсальных зарядных устройств, которые могут быстро заряжать несколько телефонов и ноутбуков одновременно. Мы видим, что зарядные устройства GaN достигают 200 Вт и быстро заряжают до шести устройств вместе, что является неслыханным для кремниевых зарядных устройств.
Проблема GaN-зарядок
Преимущество GaN-зарядки в ее компактности оказывается ее опасным недостатком. Очень плотное размещение компонентов приводит к сверхвысокому нагреву, который приближается к опасному уровню.
Тесты блогера Lisin YT показывают, что GaN-зарядка может греться почти в полтора раза больше кремневой зарядки. Это температура корпуса, а пластик плохо производит тепло. Температура компонентов внутри будет выше на 30-50 градусов по Цельсию.
Другие обзоры показывают, что некоторые GaN-зарядки греются так, что даже пластик корпуса разогревается выше 100 градусов Цельсия.
Для электроники критической считается температура более 100 градусов Цельсия. Особенно для электролитических конденсаторов (+105 градусов Цельсия), которые являются ключевыми элементами в импульсных блоках питания.
Покупать ли зарядное устройство GaN?
Если у вас есть рабочее зарядное устройство на основе кремниевого транзистора, вам не нужно его выбрасывать и тратить деньги на зарядное устройство GaN только потому, что это новая технология.
Зарядные устройства GaN хороши, но если ваша конечная цель – заряжать устройства – достигается вашим текущим зарядным устройством, новинка не предоставит существенных преимуществ. Коэффициент полезного действия (КПД – показывает сколько энергии передается по назначению, а остальное – превращается в тепло) зарядки на базе GaN может быть даже несколько ниже, чем традиционной кремниевой зарядки. Хотя сегодня технологии импульсных блоков питания достигли высокого уровня и их КПД составляет около 80-90% (остальная энергия тратится в тепло).
Кроме того, если стоимость GaN-зарядки вызывает беспокойство, вы можете использовать обычное кремниевое зарядное устройство, пока цены на GaN не упадут.
Однако если вы ищете новое зарядное устройство или требуется очень компактный и мощный зарядный адаптер — зарядное устройство на базе GaN окажется хорошим решением.
