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快充进入个位数时代,体积没变功率翻倍如何实现

2022-11-02 15:35:59 综合报道 阅读:
Redmi Note 12 探索版210W超级快充充电器的尺寸做到了67.3×64.3×30mm,相比标准120W快充头,功率接近翻倍,体积却近乎相同,这到底是如何实现的就让我们一起了解一下。

快充技术发展速度越来越快,在各个价位的安卓手机上基本已经普及,不少入门级千元机都已经具备65W快充,中端机型120W、150W快充成为标配。10月27日手机厂商红米发布了搭载210W神仙秒充的Redmi Note 12 探索版,最快只要 9 分钟,可把手机电池从1%充至100%。aAsednc

据官方介绍,210W 神仙秒充快充方案采用3充电IC架构。3颗高规格充电IC,转化效率高达98.5%,单颗峰值功率100W,总功率上限高达300W,留出充分性能冗余,确保长时稳定输出。aAsednc

210W神仙秒充搭配了双GaN(氮化镓)快充充电器,210W超级快充充电器的尺寸做到了67.3×64.3×30mm,相比标准120W快充头,功率接近翻倍,体积却近乎相同,功率密度高达1.62W/cm3。这到底是如何实现的就让EDN小编带您一起了解一下。aAsednc

氮化镓作为第三代半导体的代表之一,因其优异的特性氮化镓功率器件已经在快充领域被广泛使用,并迅速向着其他领域扩展。欢迎大家参加2022年11月10-11日"IIC Shenzhen-2022国际集成电路展览会暨研讨会"同期举办的“高效电源管理及功率器件论坛”,大瞬科技、英诺赛科、泰克科技等先锋企业也将出席活动,深度解读行业现状,共同探讨分析未来趋势。点击这里即可报名参加。aAsednc

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快充原理是什么?

我们都知道,根据功率P=电流I x电压U,提高手机的充电功率,无非是提升充电电流或提升充电电压,或两者同时提升。这就衍生出早期高压快充和高电流快充这两种比较有代表性的快充技术:高压快充以高通Quick Charge 3.0/2.0、联发科Pump Express Plus为代表;高电流快充以OPPO VOOC闪充、USB 3.1 PD为代表。aAsednc

然后我们来看一下手机充电的基本过程,市电的电压为220v,频率50赫兹,要经过一序列的交流/直流变换、频率变换和电压变换,才能够变成适合于手机充电用的低压直流电,比如以前用的5V,现在的快充是9v、12v甚至20v。aAsednc

具体过程是:首先220V的市电经过整流器桥变成330V的直流,然后将直流电变频,变成高频交流电,经过变压器线圈,利用电磁感应原理变成低压交流电,在经过整流桥,输出低压直流电给手机供电。aAsednc

如今,随着技术的发展,电流电压二选一的时代已经一去不复返,在双电芯、电荷泵等解决方案的加入的情况下,现在的主流智能手机快充的共同选择都是高电压高电流。aAsednc

功率达到后这就引申出另外一个问题体积问题,因为根据上述的过程可以看出来充电时会经历频繁的降压变频、交流直流转换,这就会产生大量的热量,需要扩大充电头体积来增加散热面积,而且因为要频繁变压其变压器体积也会增大,与之匹配的充电头也必须要做的更大。所以要想实现增大功率的同时,还要减小充电头的体积就不得不提到最近这两年很火的氮化镓了。aAsednc

氮化镓快充充电器

氮化镓充电器并不是指充电器内全部都是由氮化镓组成的元器件,而是在晶体管里面添加了氮化镓,其他元器件则均是常规电子件。这里的晶体管是指MOSFET,半导体场效益晶体管。氮化镓晶体管与普通晶体管结构类似,底层也是纯净硅基,只是在中间添加了氮化镓与氮化铝镓,为电子建设了高速通道。aAsednc

氮化镓作为第三代半导体具有耐高温、禁带宽度大、导通电阻低,开关频率高等特性。aAsednc

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图为硅和氮化镓参数对比aAsednc

  1. 氮化镓的热导率为2.2 W/(cm·K),硅的热导率为1.7 W/(cm·K),它的导热速度比硅更快,它也就比硅能耐受更高的温度,而氮化镓耐高温的特性让氮化镓元器件可以承受较高的温度,也就意味着充电头可以承受更高的温度,在同样的功率下充电头就可以做的更加紧凑。
  2. 禁带宽度大即高击穿电压意味着耐压更高,低导通电阻意味着晶体管导通的时候损耗会比较低,用于发热的热损耗减小了,所以氮化镓功率器件的电路发热量就少了,可以避免充电过程中过热的情况发生,更加安全。
  3. 氮化镓的电子迁移率是2000 cm²/(V·s)比硅的1350 cm²/(V·s)要高很多,所以氮化镓频率更高,能够产生高频交流电,而变压器在变压的时候本质上是利用了电磁感应原理,两组线圈,要输出的电动势跟电流频率和线圈的匝数是正比的,要提高输出电压在频率无法提高的情况下,就只能增加线圈的匝数,然后变压器的体积就会变大,这也是很多高功率的充电器体积较大的根本原因,但是如果采用了氮化镓器件就可以提高充电频率的同时,避免线圈匝数过大,进而缩小充电头的体积。

以上就是为什么红米的210W快充充电器可以实现体积不变功率翻倍的原因了,当然了目前手机的高功率快充已经不是单一技术所能决定的了,氮化镓只是一定程度上解决了充电头的发热和体积问题。要实现9分钟的高速快充,同时还得考虑电池、充电接口以及充电头的构造,也要利用散热等技术解决充电速度加快之后导致的发热问题。目前的有线快充已经进入个位数时代,也希望今后各大手机厂商能在无线快充上有进一步的突破,早日实现商用远距离的无线高速充电。aAsednc

氮化镓作为第三代半导体的代表之一,因其优异的特性氮化镓功率器件已经在快充领域被广泛使用,并迅速向着其他领域扩展。欢迎大家参加2022年11月10-11日"IIC Shenzhen-2022国际集成电路展览会暨研讨会"同期举办的“高效电源管理及功率器件论坛”,大瞬科技、英诺赛科、泰克科技等先锋企业也将出席活动,深度解读行业现状,共同探讨分析未来趋势。点击这里,或者扫描二维码即可报名参加。aAsednc

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