根據TechInsights針對三個主要產品分析，有效的大功率、緊湊型AC適配器可采用碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)和硅超接合面這三種材料來設計制造，哪種AC適配器性能最好？

根據TechInsights針對三個主要產品分析，有效的大功率、緊湊型AC適配器可采用碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)和硅超接合面這三種材料來設計制造，哪種AC適配器性能最好？

AC適配器的存在不斷提醒著，我們鐘愛的移動設備并不像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。

雖然需求保持不變，但充電技術的背后卻在不斷發(fā)生變化。雖然硅一直是該領域的成熟技術，但制造商們現(xiàn)在正在考慮采用碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)技術來實現(xiàn)更高的效率。

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電流以便適合為電池充電。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。

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(xiàn)，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。

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還可以透過配置產生各種DC輸出，利用改變高壓開關電路的開-關時間比例即可實現(xiàn)電壓調節(jié)。

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透過顯示器為筆記本電腦充電或利用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(tài)配置。

用于消費類應用的SMPS通常需要額定電壓為600V的場效晶體管(FET)。該FET用來驅動SMPS中變壓器的高壓高頻開關。

合適的FET可以采用寬能隙(WBG)GaN、SiC或硅制造。硅基超接合面(SJ)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組件將提供更高的效率和更小的外形尺寸。

目前提出的GaN組件是在GaN-on-Si基板上形成的橫向高電子移動率晶體晶體管(HEMT)。寬能隙市場目前有多家AC適配器新創(chuàng)公司，但截至目前還沒有一家主要OEM采用這種技術。接下來，本文將比較這三種關鍵組件。

AvogyZolt充電器采用SiC

2016年，TechInsights曾研究Avogy的Zolt筆記本電腦充電器，型號ZM070LTPX01-G。盡管Avogy聲稱是GaN組件供貨商，但TechInsights卻發(fā)現(xiàn)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。

TechInsights在PntPower.com的同事隨后指出，Avogy采用SiC組件的原因之一是當時SiC可用并有效。圖1展示了Zolt筆記本電腦充電器主板，并標示了AV150-00028SiC組件的位置。圖1Zolt筆記本電腦充電器主板。

Avogy現(xiàn)在已不再是一家獨立公司，但AvogyZolt仍能透過第三方零售商購買。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(Infineon)、Maxim、Microchip和德州儀器(TI)等。

采用GaN的RAVPowerRP-PC104

自2016年以來，GaN商用市場取得了長足發(fā)展。現(xiàn)在有越來越多的供貨商提供基于GaN的AC適配器，包括RAVPower、Anker、FINsix、MadeinMind(MuOne)等。

現(xiàn)在有許多供貨商提供GaNFET組件，從GaNSystems和Navitas等小型新創(chuàng)公司到英飛凌和Panasonic等大型企業(yè)。最近，TechInsights發(fā)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。

我們發(fā)現(xiàn)RP-PC104采用了兩顆NavitasNV6115GaN功率IC。圖2顯示RP-PC104主板，標示了NavitasNV6115的位置。

圖2RP-PC104主板。

TechInsights隨后在MadeinMindMuOne45W充電器和AukeyPA-U5024WUSB充電器中也找到了Navitas組件。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。

AukeyPA-U50尤其令人感興趣，因為它采用了新的NavitasNV6250整合半橋IC。TechInsights目前正在對其進行仔細研究，圖3顯示了RP-PC104中整合GaNHEMT裸晶的NV6115芯片。

圖3NV6115芯片。

Innergie60C采用了硅

TechInsights最近購買了由DeltaElectronicsGroup制造的Innergie60CUSB-C60W適配器，預期其應采用GaN組件。網絡傳聞該設備采用了一個600V英飛凌CoolMOS超接合面MOSFET，但Delta用安全涂料遮蓋了標記。

TechInsights對Innergie60C的拆解證實了它的確采用了600V英飛凌IPL60R185C7CoolMOS組件并使用了安全涂料。但是，在該產品中沒有找到任何GaN組件。

圖4顯示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600V英飛凌IPL60R185C7CoolMOS組件做一份更詳細的分析。

圖4Innergie60C內部一塊PCB。

AC適配器前景展望

奇怪的是，在以上討論的三款AC適配器中，Innergie60C似乎提供了最佳的整體系統(tǒng)性能(表1)。

表1三款適配器比較。

行動充電器性能的衡量標準之一是功率密度，即每立方英吋體積產生的瓦數。Innergie60C明顯是這一指標的贏家，其功率密度最高，為17.4W/in3；而較早出現(xiàn)的AvogyZolt則體積最大且功率密度最低。

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8,000萬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(yōu)化，GaN組件需要進一步優(yōu)化才能有效地與硅基超接合面MOSFET技術競爭。

透過進一步對幾大主要OEM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(fā)現(xiàn)它們均采用了硅基超接合面MOSFET技術。顯然，硅技術繼續(xù)主導著這個市場。

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車市場中的硅IGBT技術。

TechInsights還發(fā)現(xiàn)GaNAC適配器在功率密度方面還沒有超越高質量的超接合面AC適配器。但無論如何，目前已知的GaN技術優(yōu)勢，以及業(yè)界對GaN解決方案開發(fā)興趣將最終導致GaN在AC適配器市場中取得成功，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。

目前在GaNHEMT功率晶體管市場已經有許多參與者，包括相對較新的新創(chuàng)企業(yè)和大型成熟企業(yè)。硅和SiC技術似乎已有獨立的市場利基，期待看到創(chuàng)新持續(xù)增長且不斷發(fā)展，GaN也能成為適配器領域有力的競爭者。