65W氮化镓GaN充电器体积这么小重量这么轻？

目前市场主流的65W氮化镓GaN充电器，为什么能够做到比普通65W PD充电器的体积缩减40%~50%，重量也大大减轻呢？在同等功率条件下，比老旧充电器实现小体积轻量化的表现。
 
手机充电器是一个电源转换器，其有两个重要的参数：输入和输出
（1）输入「100-240V～ 50/60Hz 0.5A」。
     100-240V是指正常家里的市电，100-240V是为了满足多个国家能够使用，如日本的民用电压是110V，中国的民用电压是220V；～代表交流电，50/60Hz也是为了满足两种交流电频率，如中国为50Hz，中国香港为60Hz，0.5A为额定工作电流。
 
（2）输出「USB 5V⎓2.4A」。
USB即为输出端口是USB，输出电压是5V，⎓是直流符号，2.4A是额定输出电流。
 
       所以手机充电器就是一个把220V市电转为5V直流电的设备，无论我们使用的苹果手机祖传5V1A充电头，或笔记本的65W充电器，或雷布斯手中的65W氮化镓GaN充电器，这些充电器的目的都是为了把220V的交流电压变成稳定的直流电压，才能给手机或者笔记本的锂电池充电。
 
        而且通过拆解手机充电器，我们可以看到充电器里面用到了变压器，但是为了更高效，更安全，更稳定的实现变压输出，变压器输入输出前都有一些处理电路。首先，手机充电器不是直接将220V 50Hz的市电直接通过变压器进行降压。220V交流电整流后先经过开关管（一个速度很快的开关）然后才到变压器，由于开关管的高频开启和关闭，所以输入电压是高频变动的，变动的电压通过变压器就会产生互感现象。输出端的电压也需要经过滤波和稳压才能稳定为直流。输出电压还会反馈到输入端来调节开关频率，作用就是稳定输出电压。
 
        这个变压过程有个关键就是高频，如图中的高频震荡和高频变压器。国内市电的频率是50Hz，而充电器中开关管的高频通断的频率一般是10kHz以上，为什么不直接用220V/50Hz的市电，其目的就是为了在功率相同的条件下减小变压器的体积。并且我们知道能量转换的中间人是磁场能，磁场能够承载的能量大小和变压器的体积有关，如变压器中间铁芯大小和线圈匝数的圈数。简单的关系就是在变压器材质一致情况下，体积越大，能够承载的磁场能量越大。提高频率意味着即使每次电磁变化转换的能量一样，可以使单位时间内能量转换的次数增加，所以导致转换功率增加。反过来说就是总功率一定时，频率越高，变压器的体积可以更小。（关于磁通密度，匝数，截面积，变化时间关系可以参考麦克斯韦的电磁方程）
 
举例：苹果5W/12W/29W充电器
功率和体积的正向关系也可以解释为什么苹果充电器输出功率越大时，体积越大，一个很大原因就是变压器大了，当然还有一些其他电子器件体积（如电容）也会增大。

那么氮化镓GaN手机充电器为什么小呢？

        氮化镓GaN充电器小的关键因素是大大提高了开关频率。开关频率越高，体积可以做得更小。目前使用的开关管基本上都还是硅和锗半导体材料，而这类开关管频率提升空间已经很小了，因为进一步提高频率会带来更大的开关损耗和发热。而氮化镓GaN是一种更好的新型材料而且能够替代硅和锗的第三代半导体材料，由它制成的氮化镓GaN开关管开关频率可以大幅度提高，能够达到100kHz至10MHz，并且损耗更小。所以用了氮化镓GaN开关管的充电器在功率一定情况下，可以使用体积更小的变压器和电容等器件，因此这也是雷布斯手中的65W氮化镓充电器可以做到这么小的原因。


        在市面上，其他厂家也早有了氮化镓GaN手机充电器，并不是什么首次出现的黑科技。如果你经常带着手机充电器出差还是可以买一个，建议买大厂的，质量更有保障。如果你只是家里和办公室两边跑，或者宿舍和实验室两边跑就没有必要买氮化镓GaN手机充电器，可以多买一个普通的充电器，两边各放一个，毕竟不带充电器比带个轻的更舒服。最好选择带多个USB孔的充电器，尤其对于iPhone的用户，手机与笔记本可以一起充电。