Содержание
Некоторое время назад в продаже появились зарядные устройства, отличительными особенностями которых являлись компактные размеры, высокая мощность и наличие нескольких портов для зарядки нескольких гаджетов одновременно. Кроме этих особенностей их объединяли буквы GaN на упаковке, хотя все они были произведены разными брендами. Впрочем, GaN — это не название какой-то фирмы-производителя. Это — сокращенное название химического соединения нитрид галлия, который лежит в основе электронных компонентов этих зарядных устройств вместо привычного кремния. Чем же так хорош нитрид галлия, и почему в новом поколении адаптеров питания решили применять его вместо проверенного временем кремния, разберемся в этой статье. Также выясним, почему в ближайшее время GaN-зарядки не станут массовыми.
Немного теории
Основой любого химического элемента является атом, который состоит из ядра и электронного облака. Если электроны в этом облаке всегда неподвижны, то вещество называется изолятором. К изоляторам относятся, к примеру, резина, пластмасса, стекло. В проводниках электроны, напротив, свободно движутся. Между этими двумя «крайностями» существуют полупроводники — материалы, электроны в атомах которых в спокойном состоянии плотно закреплены на своих местах, но при воздействии на них внешней энергии начинают двигаться, то есть проводить ток. Именно полупроводники являются основой всей электроники.
Но полупроводники бывают разные по размерам зоны проводимости — доли электронов, способных двигаться при подаче внешней энергии. Чем эта зона больше, тем полупроводник ближе по своим свойствам к проводнику, и наоборот. Существует и другая зона — так называемая запрещенная. Чем ее величина больше, тем больше требуется энергии для того, чтобы переключать транзисторы. Запрещенная зона измеряется в электрон-вольтах (эВ). У кремния это значение составляет 1,1 эВ, а у нитрида галлия — 3,4 эВ. Но чем же это лучше?
Преимущества GaN-зарядок
Казалось бы, необходимость в большей энергии для переключения транзисторов в чипах на основе нитрида галлия — это минус. Но на самом деле эта особенность дает GaN-зарядкам больше преимуществ, чем недостатков перед зарядными устройствами на основе кремниевых электронных компонентов.
Энергоэффективность и размеры
Микросхемы на основе GaN и, соответственно, построенные на их базе зарядные устройства способны выдерживать более высокое напряжение при более высокой температуре.
Если на полупроводниковый транзистор подать напряжение выше допустимого, то ток через него пойдет даже в том случае, если он «закрыт». Это называется пробоем транзистора, который ведет к выходу устройства из строя. У GaN-транзисторов этот порог значительно выше.
С другой стороны, чтобы полупроводниковый транзистор выдерживал более высокие напряжения, его делают крупнее в размерах. Если слишком высокий вольтаж не требуется, транзистор можно сделать компактнее. Этим и объясняются небольшие габариты GaN-зарядок по сравнению с классическими кремниевыми. При этом мощность у них на порядок выше. К примеру, разница в размерах 65-ваттных блоков питания двух типов может различаться на треть.
Например, кремниевый процессор способен работать при собственной температуре не выше 100 градусов, тогда как GaN-чип спокойно выдерживает нагрев до 300 градусов. Это означает, что даже очень мощным зарядным устройствам на основе GaN не требуется какое-то специальное охлаждение.
Многофункциональность
Многие представленные на рынке зарядные устройства GaN оборудованы несколькими USB-портами разных типов (USB Type-C, USB Type-A). Это позволяет использовать их для одновременной зарядки нескольких устройств — например, ноутбука, планшета и смартфона. Но, разумеется, чтобы адаптер потянул сразу несколько гаджетов, ему требуется более высокая мощность, а значит, и размеры у него будут крупнее, чем у модели с одним USB-разъемом.
Недостатки GaN-зарядок
Возникает закономерный вопрос. Раз уж у GaN-зарядок такие весомые преимущества перед адаптерами на основе кремния, то почему бы всем производителям не перейти на нитрид галлия? А всё упирается в деньги. Производство нитрида галлия — это сложный и дорогостоящий процесс. Кроме того, выпуск микросхем на основе GaN еще не так хорошо отточен, как в случае с кремниевыми чипам. И, наконец, вся полупроводниковая индустрия сейчас ориентирована в основном на кремний, и ее перевод на новые материалы, естественно, вызывает дополнительные затраты, что сказывается на себестоимости конечного продукта.
Есть некоторые особенности и у самого материала — нитрида галлия. Его кристаллическая структура имеет в 100 раз больше дефектов, чем у кремния. При нынешних «мелких» техпроцессах производства чипов даже малейший дефект критичен. Иными словами, работать с GaN в качестве материала для микросхем намного сложнее.
Учитывая все вышеизложенное, нетрудно понять, почему GaN-зарядки стоят намного дороже своих кремниевых «собратьев». Но есть и хорошая новость — с годами они будут дешеветь. Дело в том, что устройства на GaN-чипах можно производить на тех же предприятиях, где сейчас производятся традиционные девайсы на кремниевой основе.
Какое зарядное устройство на базе GaN-чипов купить
Baseus GaN Charger 45W
Очень компактное и легкое зарядное устройство мощностью 45 Вт. Но это значение все равно выше мощности, которую поддерживают большинство смартфонов. Цена тоже одна из самых низких среди GaN-зарядок. Тем не менее, модель оборудована двумя портами — USB Type-C и USB Type-A. Поддерживаются все распространенные протоколы быстрой зарядки — Power Delivery, Quick Charge 4+ и другие.
Baseus GaN2 Quick Charger 45W + кабель Type-C
Ugreen GaN 65W PD Charger
Небольшой, но мощный адаптер питания на 65 ватт с четырьмя USB-портами, три из которых — это Type-C, один — Type-A. Отличное решение для тех, кто имеет много гаджетов.
Xiaomi Mi 65W Fast Charger
Если пользователь не обладает большим количеством устройств или не заряжает их одновременно, то GaN-зарядка от компании Xiaomi окажется подходящим вариантом. Мощность составляет 65 Вт — этого с запасом хватит для большинства смартфонов, а также можно зарядить небольшой ноутбук. Цена приятно удивляет, а известный в мире бренд электроники добавит привлекательности покупки девайса.
Xiaomi Mi Fast Charger Type-C (65W)
Выводы
Зарядные устройства GaN — это будущее мобильной электроники. Со временем они вытеснят кремниевые адаптеры питания, так как имеют преимущества перед ними по всем параметрам. Но произойдет это явно не в текущем году. Сейчас технология GaN слишком дорога, что не позволит ей стать массовой и стандартом индустрии. Но так бывает со всеми новыми технологиями, которые со временем дешевеют.
