GaN-зарядки: недостатки и преимущества над кремниевыми

Недавно на полки магазинов поступили мощные, компактные зарядные устройства с несколькими интерфейсами для подзарядки двух и более устройств. На упаковках аксессуаров, независимо от производителя, красуется слово «GaN» – название бинарного химического соединения атомов галлия и азота. Рассмотрим, что это вещество способно изменить в мире электроники, станут ли зарядки на его основе массовым продуктом в ближайшие годы.

Введение

Атом – кирпичик химического вещества, представленный ядром и электронным облаком. Когда электроны в нём неподвижны, вещество относится к изоляторам – не проводит электрический ток; если элементарные частицы движутся – переносят заряд – это проводник. Существуют полупроводниковые материалы, на которых построена вся электроника. В обычном состоянии электроны в них неподвижны, но воздействие внешних факторов заставляет элементарные частицы двигаться – проводить электрический ток.

Между собой проводники отличаются размерами:

• Зоны проводимости – чем она больше, тем материал ближе по свойствам к проводнику, чем меньше – к изолятору.
• Запрещённой зоны – от размеров зависит энергия, необходимая для переключения состояния транзистора.

Величина запрещённой зоны у кремния – 1,1 эВ, у нитрида галлия – 3,4 эВ.

Сильные стороны GaN-зарядок

Увеличенная втрое ширина запрещённой зоны позволяет GaN-чипам работать в более сложных условиях, чем кремниевые элементы. Рассмотрим преимущества нитрида галлия.

Габариты и энергоэффективность

Микросхемы на базе GaN работают с большими температурами и более высоким напряжением, чем кремниевые. При подаче на кремниевый транзистор напряжения, превышающего допустимое, он пропустит ток, даже когда «закрыт». При этом произойдёт пробой транзистора, схема выйдет из строя. GaN-чипы имеют повышенный ток пробоя.

Чтобы транзистор выдерживал большее напряжение, его габариты увеличивают. Здесь GaN-зарядки имеют преимущество над кремниевыми – они компактнее: 65-ваттные устройства отличаются по габаритам на треть.

Максимальная рабочая температура кремниевых процессоров не превышает 100° C, микросхемы на базе GaN исправно функционируют при 300° С. Даже мощные устройства обходятся без охлаждения.

Универсальность

GaN-зарядки оснащают разнообразием USB-интерфейсов для одновременной подзарядки двух и более устройств. Для обеспечения необходимой мощности оно будет крупнее адаптера с одним USB- интерфейсом.

Минусы GaN-зарядок

Почему при столь большом количестве преимуществ зарядки на основе нитрида галлия не заполнили прилавки магазинов? На первый план выходит финансовый вопрос. Во-первых, производство GaN чипов обходится дороже кремниевых. Во-вторых, электроника основана на кремнии, и перестройка технологических процессов на новые рельсы вызовет немалые расходы. Они повысят себестоимость продукции.

Производство GaN-микросхем – более сложный и затратный процесс из-за увеличенного в 100 раз количества дефектов в кристаллической структуре. При изготовлении микросхем они недопустимы.

Исходя из изложенного выше:

• GaN-зарядки компактнее, производительнее, но дороже кремниевых аналогов.
• Технологический процесс со временем совершенствуется и удешевляется.
• Изготовлять чипы на нитриде галлия можно на мощностях, где производятся кремниевые микросхемы, за GaN будущее.

Какую GaN-зарядку купить

На рынке существует масса предложений, некоторые из них мы рассмотрим ниже.

Baseus GaN Charger 45W

Один из наиболее компактных и дешёвых девайсов. Выдаёт 45 Вт, чего с запасом хватит для любого смартфона. Оснащается парой USN-портов: Type-C и Type-A. Работает с распространёнными протоколами: QC 4, Power Delivery и прочими.

Ugreen GaN 65W PD Charger

Маленькое зарядное устройство мощностью 65 Вт с четырьмя USB-выходами: Type-A и 3 × Type-C.

Xiaomi Mi 65W Fast Charger

Шустрый зарядный адаптер мощностью 65 Вт с одним USB-интерфейсом. Справится даже с зарядкой ноутбука.

Выводы

С усовершенствованием производства GaN-чипов они вытеснят с рынка кремниевые зарядные устройства. Пока же их производство слишком затратное, что типично для большинства новых технологий.

Дата публикации: 23/06/2021