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氮化镓充电器其中的门道是什么?

4Adf_zealertech 来源:ZEALER 作者:ZEALER 2021-05-28 09:25 次阅读

从去年开始,随着一股席卷科技圈的环保风潮,越来越多手机品牌相继取消随机附送充电器。这可把很多人搞得一头雾水:不给充电器,这手机你让我怎么用?虽说有些厂商也推出了“加量不加价”或者“以旧换新”的套路,但总归不如直接给来得爽快,消费者吐槽也就在所难免了。

不过就算厂商不给,你手上多半也已经有一堆能用的充电器了。就比如用 iPhone 的各位,谁家里还没几个“五福一安”呢?可是能用归能用,架不住它充电慢啊。想提速也有办法,你可以拿同品牌笔记本的原装充电器来试试,比如这个:

肯定有人要问了,这可是个 61W 的充电器啊,还不把手机给充炸了?其实大可不必担心,因为 61W 只是最高输出功率,从充电器的标注上就能看到,它还支持9V/3A 和 5.2V/2.4A 等多个输出档位。

充电的时候,手机和充电器会先“对个暗号”,确认彼此能接受的最大功率,谈妥了才开始充电。而它们“对暗号”用的“语言”,就是快充协议。

实测显示,给低电量的 iPhone 12 Pro Max 充电时,MacBook Pro 原装充电器的输出功率稳定在 23W 左右,刚好达到 iPhone 12 系列支持 PD 协议的功率上限,并不会火力全开,自然也就谈不上危险了。

不过用这么大的充电器来充手机,实在有点“杀鸡用牛刀”的意思,出门带着也不方便。按行业普遍认可的标准来算,它的功率密度只有 0.39,确实不算高。那有没有提高功率密度的办法呢?还真有,秘诀就三个字:氮化镓

我们找来了京东销量排名靠前的几款 65W 氮化镓充电器,可以看到它们的功率密度都远高于 MacBook Pro 的原装充电器。这让我们很感兴趣,它们究竟是怎么做到的?

正好最近 Anker(安克)推出了全新的氮化镓超能充系列,我们就拿 65W 这款来给大家讲讲其中的门道。

早期充电器的原理并不复杂:插座里 220V 的交流电,首先通过变压器把电压降下来,再经过整流滤波,就得到了手机能用的低压直流电。

充电器的块头之所以大,主要就是因为变压器太占地方。而要给变压器瘦身,就必须提高它的工作频率。但早期充电器里变压器的工作频率受限于 50Hz 的交流电,没法改,于是人们就想出了新的办法:先把高压交流电整流滤波成高压直流电,加一个半导体开关,通过控制电路通断,把直流电的频率大幅提高,再送进变压器,降成低压直流电。变压器的工作频率上去了,体积也就减下来了。

而作为一种新型半导体材料,用氮化镓制成的半导体开关,频率是传统硅材料开关的 10 倍,变压器的体积就可以进一步缩小。所以你会发现,输出功率相同的充电器,用了氮化镓材料的,尺寸往往都会更小。

可是讲到这儿,我们的疑惑还是没有完全解开:都是 65W、都用了氮化镓,为什么各家产品的体积和功率密度还是有高下之分呢?跟 Anker 的技术人员交流之后,答案逐渐清晰了起来:

首先,Anker 65W 超能充采用了老牌电源方案供应商 PI (Power Integrations) 的新款反激式开关 IC,但他们并没有止步于“拿来主义”,而是在此基础上设计了第二代氮化镓方案,包括提高主芯片频率、升级拓扑结构、控制变压器体积、改善散热,以及采用三板堆叠技术提高内部空间利用率等等。

经过这一系列优化之后,第二代氮化镓方案的开关频率达到了上一代的近 2 倍,因此不仅充电器体积可以变得更小,能量利用效率也随之提高。

其次,Anker 65W 超能充还采用了 ACF 架构。这是一种软开关拓扑电路,由于实现了零电压开通,可以进一步减少半导体开关的损耗。而且 ACF 架构还可以将每次开关损耗的能量回收再利用,从而进一步提高系统的转换效率,同时降低发热。

最后,Anker 65W 超能充的折叠插脚也让它的收纳体积变得更小。要知道相比直插式设计,折叠插脚在 PCB 组装的时候会占据更多空间,所以 Anker 在这款充电器的内部堆叠上应该还是下了不少工夫的。

道理讲清楚了,咱们也得来看看实际表现究竟如何。通过仪器检测可以看出,Anker 65W 超能充虽然不支持华为和 OPPO 系的私有快充协议,但对 QC、PD 等通用快充协议的支持非常全面。

在半小时快充测试中,我们拿前面提到的几款竞品作为参考对象。测试机型是 iPhone 12 Pro Max,室温环境下从 10% 电量开始熄屏充电,每隔 5 分钟记录一次数据。可以看到 6 款产品的表现总体比较接近,Anker、倍思、努比亚的最终电量都在 65% 以上;小米前半程爆发力不足,但后起直追,最终充入电量与绿联一样,都是 64%;联想则是明显后劲不足,最终电量 59%,遗憾垫底。

虽然 Anker 的充电速度以 1% 的差距落后于倍思,但半小时后充电器表面温度维持在 42.5℃,比倍思低了将近 6%。从这个角度来看,Anker 的能量转换效率还是挺高的。

我们再通过功率曲线来重点关注一下三款单 C 口充电器的表现。可以看到通电之后,Anker 是三者之中最快握手成功并达到峰值输出功率的,前 8 分钟都稳定在 23W 左右,几乎拉出一条直线;

而 8 分钟之后,Anker 和小米的波动趋势总体接近,但小米的输出功率几乎全程低于 Anker,因此最终表现略逊一筹,并且温度控制也稍差一些;

至于联想嘛......只能说重在参与吧。

而在多设备支持方面,我们也测试了几款主流安卓旗舰。其中小米 11 Ultra、魅族 18 Pro 和三星 S21 Ultra 都支持 PD3.0 协议,Anker 65W 超能充可以为这三款机型输出 27W 左右的峰值功率,表现甚至好过三星原装的 25W 充电器,不过跟小米 67W、魅族 40W 的自家快充比起来还是稍显逊色。至于主推私有快充协议的华为、一加和 OPPO,由于只支持 9V/2A 这一个 PD 档位,Anker 的输出功率是 17W 左右。

平板和笔记本电脑对通用协议的支持则更好一些,比如 MacBook Pro 和华为 Matebook X,Anker 65W 超能充的表现都能达到原装充电器同等水平,体积却小很多;而给 iPad Pro 充电时,峰值功率甚至比原装 20W 充电器还高 75%。

应该说,65W 氮化镓充电器对大多数人来说都是一个“刚好合适”的选择:块头不大,功率够足,手机、平板和轻薄本都能用得上。而 Anker 的这款 65W 氮化镓超能充,则是凭借技术升级的红利,在体积、温控、输出功率和兼容性等维度之间找到了一个合理的平衡点。我们觉得它更适合那些每天固定通勤的上班族:随身携带不嫌重,折叠插脚也不容易刮花包里其他东西;到了办公室,插在排插上也占不了多大地方,而且一个就能解决多种设备的充电需求;偶尔出去办事,随便找个有插座的咖啡馆休息半小时,就能给告急的电量快速回血。

不过比起充电器本身,我们更想表达的是,提升用户的充电体验是一个需要多方发挥合力的过程。取消随机附送的充电器,确实可以减少一部分电子垃圾;研发私有的快充方案,也是巩固自身技术壁垒的合理手段。但与此同时,各大品牌是否愿意用更开放的姿态,去拥抱日趋成熟的通用快充协议?配件厂商又能否不断提高技术水平,做出能效更高的产品?毕竟只有基于统一的标准,设备和配件之间的兼容问题才能从根本上得到改善,你我抽屉里那些吃灰的充电器,才能派上更大的用场。这样的环保,才是真正的环保。

原文标题:以小博大的氮化镓,到底有什么本事?

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责任编辑:haq

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