在PC電源和充電器市場，從去年開始便流行起一個名為“GaN”（氮化鎵）的概念，并因這項技術的加盟獲得了更為出色的電氣性能。那么，GaN到底是一種怎樣的技術，它能對我們未來的生活產生哪些影響呢？

功率體積鬧矛盾

無論是筆記本還是智能手機，專門給適配器/充電器“減肥”是一件非常費力不討好的事情，畢竟對絕大多數普通消費者而言，有著免費（隨機附贈）的不用，為了小一圈的充電器花錢很不經濟。

然而，隨著USB Type-C接口和USB PD快充成為行業標準之后，新款手機、筆記本（主要是中高端輕薄本）和Switch游戲掌機等數碼設備居然用上了同一套充電協議，這意味著研發一款USB PD充電器將擁有無數的“潛在客戶”，只要產品夠好絕對不愁賣！

于是，小小的充電器也開始了跨界之旅——筆記本適配器號稱兼容手機，而手機的充電器則主打能為筆記本供電，出差時一個（PD充電器）在手，全家（隨身攜帶的所有數碼設備）不愁。

問題來了，什么樣的充電器才夠好呢？沒錯，就是大功率+小身材，也就是當充電器解決矛盾之后的樣子。

瘦身的“拖油瓶”

充電器雖然不大，但它內部卻集成了包括初級開關管、次級同步整流管、PWM控制器、同步整流控制器、變壓器、電解電容、整流橋、共模電感、慢熔保險絲、快充協議控制芯片和各種MOSFET在內的數十種零部件。

學過初中物理的同學應該都知道，在充電功率相同時，充電器的體積越大散熱效果必然越好。如果盲目地在縮小充電器體積的同時提高功率，發熱量將難以控制，極端情況下甚至會引起火災等隱患。

在充電器的內部構成中，MOSFET（金氧半場效晶體管，簡稱MOS或功率器件）至關重要，它影響著該產品所支持的最大輸入/輸出功率和功率轉換耗損率，也是高負載運行時發熱量最大的零部件之一。

一款充電器能否在支持更高功率的同時加以瘦身，最有效的解決方案就是提升MOSFET的性能并降低它的發熱量。

可惜，當前用于生產MOSFET的第一代（Ge、Si）和第二代半導體材料（GaAs、InP）在單位體積的功率轉換上都遇到了天花板，想進一步提升功率就必須留出足夠的散熱空間，也就是犧牲體積。

為此，英飛凌曾推出過“Cool MOSFET”（Coolmos），這是一種改進型結構的MOSFET，具有更低的導通電阻、更快的開關速度，可以實現更高的功率轉換效率。還記得聯想在2018年推出的ThinkPlus口紅電源嗎？這款超迷你的65W充電器只有成年人的兩根手指大小，重量不足120g，堪稱充電器領域的“小網紅”。

而它能之所以能實現如此迷你身材，就是內置了型號為IPL60R365P7的英飛凌Cool MOSFET芯片。

可惜，哪怕是Cool MOSFET也依舊存在天花板，在65W功率下ThinkPlus的體型就算是極限了。還好，市面上隨后出現了一類主打GaN（氮化鎵）的迷你充電器，同樣是65W的充電功率，體型卻比ThinkPlus小了一大圈，幾乎和傳統手機用的18W快充充電器大小差不多。

那么，這種超迷你的大功率充電器又是怎樣煉成的呢？

氮化鎵的神助攻

目前主流的MOSFET都是基于Si硅制造的，既然這種半導體材料在高功率下已經不堪重負，那更換另外一種半導體材料不就結了？

于是，一種名為“GaN”（氮化鎵）的元素出現了，它是由氮和鎵組成的一種人造化合物，與碳化硅（SiC）并稱為第三代半導體材料的雙雄。

GaN氮化鎵材料穩定又堅硬，它的熔點約為1700℃，做成GaN功率器件（GaNFET）后可以在200℃以上的高溫下工作。氮化鎵比硅材料的禁帶寬度大3倍、擊穿場強高10倍、飽和電子遷移速度快3倍、熱導率高2倍，這些性能提升帶來的優勢就是它比硅更適合做大功率高頻的功率器件。

假如電源插孔內的交流電是一望無際的湖水，充電器內的功率器件就像勺子，需要不斷將插孔內的湖水撈出，轉化為直流電后再傳輸給數碼設備供電。此時，用MOSFET做的勺子每秒鐘只能勺10下，再快就有燒毀罷工的風險。而GaNFET做的勺子每秒則可以勺至少30下，效率高還不怕累。

在這種低損耗和高開關頻率特性的幫助下，GaN氮化鎵能以更低的發熱量去承受更大的功率。因此，功率相同的充電器，采用GaNFET功率器件的產品往往可以做的更輕巧迷你。

需要注意的是，GaN充電器并不是什么新鮮事物，早在2018年底，ANKER就在美國紐約發布了型號為“PowerPort Atom PD 1”的GaN充電器，在年初CES2020大展上亮相的GaN充電器數量更是接近70款，覆蓋18W~100W等多個充電功率檔位。

還記得2019年10月上市的OPPO Reno Ace嗎？這款手機支持高達65W的SuperVOOC 2.0閃充，其標配的充電器就使用了氮化鎵，OPPO也因此成為了全球首家在充電器中導入GaNFET的手機廠商。

可惜，OPPO Reno Ace的GaN充電器并不支持PD協議，只有搭配支持自家SuperVOOC 2.0技術的手機才能輸出65W，較窄的適用范圍注定它很難被大眾所熟知。此外。Reno Ace標配的65W充電器體型較大，并沒有體現出氮化鎵可以幫助充電器瘦身的特性。

今年OPPO還高調發布了125W閃充充電器、110W 超閃mini充電器、65W AirVOOC無線充電器和50W超閃餅干充電器，它們的共性就是身材性感，而且兼容SuperVOOC、VOOC和PD等快充協議，兼容性更好。

而這些新一代閃充充電器可以瘦身的秘訣，依舊是內部加入了氮化鎵高頻開關。以50W超閃餅干充電器為例，它的厚度僅10.5mm，配合折疊插腳設計，輕松適應日常收納攜帶，可輕松放置于襯衫、牛仔褲口袋，超小無負擔。

時至今日，引入氮化鎵的充電器已經成為高端手機的標配，在第三方PD充電器市場也呈現出了燎原之勢，甚至已經出現了支持90W~120W的氮化鎵充電器，可以同時為輕薄本和手機滿血充電。

小結

拋開GaN氮化鎵在其他領域的貢獻不談，單憑它對充電器功率提高和體型縮小的改進來看，就是一項非常值得期待和普及的技術。未來，一個只有1/4煙盒大小的充電器就能具備超過100W的輸出功率，兼容所有的數碼設備，想想都美妙。同時，我們也希望氮化鎵能早日用于游戲本的電源適配器，幫助150W起步的“磚頭”瘦身，終結游戲本越來越輕薄而適配器卻依舊呆板笨重的歷史。