充电器里的氮化镓究竟是什么？

发现没有，手机这几年是越做越轻薄，可手机充电器的个头，却是越来越大。

这是小米和IQOO的两款原装充电器，个头都快赶上一部iPhone4了。手机厂商可以在处理器、摄像头、屏幕上不惜重金搞研发，为什么就不能把充电器变得小一点呢？

今天我们来聊聊充电器尺寸这件事，顺便暴力拆解一下市面上尺寸较小的快充头，来探寻一下事情的真相。

先简单讲讲原理。

充电器要把插座里220V 50Hz的交流电换成低压直流电才能给手机充电，在这个过程中，变压器的大小直接影响充电器的体积，如果你还记得高中物理知识，会记得电压变化的核心原理，是两个线圈在电磁感应作用下实现的。

这个过程中用到的法拉第电磁感应定律，可以用这样一个公式（U=2π*f*N*Bm*S/√2）来表示，而各符号的对应关系是这样的。

其中，铁芯横截面积S和每伏匝数N，可以决定变压器的体积，从而直接影响充电器的大小。

在现实应用场景中，考虑到电路损耗、发热等各方面因素，N、S是不能随意缩小的。

如果一定要把它缩小的话，比较有效的办法就是提高交流电频率f。

所以概括目前充电器缩小体积的主流技术，都是先将插座里的220V 50Hz的交流电源转化成高压直流电，再通过半导体开关管将其转化为一个频率更高的脉动电流，频率f提升了，充电器的体积就相应缩小了。

这种开关芯片，之前使用的半导体材料主要是硅或锗，在实际应用中，提升电源频率到100kHz左右也就到头了。

这个上限的存在，使得快充功率增加后，充电器的块头只能变得越来越大。

如果想在进一步提高充电功率、实现更快充电速度的同时，不增加充电器体积甚至缩小体积，就需要找到比硅更扛造的半导体材料。

答案就是我们总能听到快充厂商提到的氮化镓。更进一步说的话，氮化镓这种第三代半导体材料，具备耐高温高压以及功率密度大的特性。

使用了氮化镓芯片的充电器，将原本硅基芯片的开关频率从100kHz提升到了1000kHz，能让充电器体积小的同时实现高功率充电。

不过由于氮化镓芯片现阶段生产制造难度较大，成本居高不下，所以除了充电器之外，它目前还没有大规模应用于普通消费品，更多是被用在5G基站、军事雷达、低轨卫星等这些高频高功率高温高电压的高新科技场景中。

那么氮化镓做的半导体芯片，到底长什么样？氮化镓充电器的性能又如何呢？

为了满足好奇心，我们决定用一款氮化镓超能充65W充电器，来做拆解和测试。

经过实验室Tony老师的一顿操作，在清理掉厚厚的散热材料后，我们就拿到了充电器的核心部分。

因为采用的三板堆叠技术，让充电器内部布局实现了进一步的优化，才将体积压缩到了现在看到的样子。

其中，这两颗小小的芯片，就是我们前面提到的，用氮化镓材料制成的第三代半导体。尺寸上，较大的那一块其实比指甲盖还要小。而这个Logo，则代表主攻电源芯片的美国PI公司生产，是这个领域比较领先的公司。

这款氮化镓超能充能兼容市面上主流的充电协议，可以提供不同功率的输出。在实测中我们接入了各种不同品牌的手机，基本都能实现快充。

除了可以给不同品牌的手机充电之外，它还可以给笔记本电脑、平板电脑、游戏机等设备充电，尤其适合苹果全家桶用户。

我们将它与Macbook Pro的61w原装充电器做了个对比测试。对同一台剩余20%电量的电脑进行充电，分别插上体积和重量悬殊的两款充电器。

30分钟过去后，使用苹果原装充电器的电脑电量升到了64%，使用这款超能充的这台升到了62%。

而且用电表测试可以发现，充电过程中的最高功率，一度达到了56W。

而我们用测温枪观测了一下此时的充电器温度，大概是56摄氏度，这也满足了目前国际更严苛的IEC77度温控标准。

这种温控表现，和内部的ACF电路有一定关系，这种电路设计能让氮化镓芯片高频运作的时候，减少并回收利用电能传输中产生的损耗，保证了电利用率的同时，降低了发热量。

仔细想想，对于经常出差或者旅游的朋友来说，只需要在包里塞一个那么小的充电器，就可以给身上的各种设备充电。

最后我们有个感叹，硅这种半导体材料的应用，使得计算机得到普及，并彻底改变了人类的生活方式。

那么，氮化镓这种第三代半导体材料，又会如何影响我们的生活呢？或许，就是从一颗小小的充电器开始。

编辑：jq