电源适配器性能大比拼，荣耀归属GaN、SiC还是Si？

根据TechInsights对三个主要产品的分析，有效的大功率、紧凑型AC适配器可以采用碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和硅超结这三种材料来设计制造。

AC适配器的存在不断提醒着我们，我们钟爱的移动设备并不像我们想象的那样具有移动性。每个移动设备都需要定期重新连接AC适配器，为其锂离子电池充电。

虽然需求保持不变，但充电技术的背后却在不断发生变化。虽然硅一直是该领域的成熟技术，但制造商们现在正在考虑采用碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）技术来实现更高的效率。

最初，大多数AC适配器基本上是线性电源，它将变压器与桥式整流器以及电容器滤波器组合在一起，将AC主电压转换为平滑的低压DC电流以便适合给电池充电。这些适配器仅限于特定的AC电压输入，以产生特定的DC电压输出，通常不能在国际上通用。它们又笨重又累赘，每个需要DC电源的设备通常都需要一个不同的适配器。而且，基于线性变压器的充电技术效率低下，因为多余的功率会以热量的形式耗散，即使在无负载电流的情况下也会耗散功率。

自20世纪80年代以来，开关模式电源（SMPS）逐步取代了基于线性变压器的充电技术。各种各样的电路拓扑结构出现，但基本上，它们都基于相同的原理：AC电压被整流为高DC电压用以驱动开关电路，这种开关电路包含一个高频工作的变压器，并以所期望的低电压输出DC电流。

SMPS的最大好处是它们适用于各种AC输入电压和频率，因此得以生产“国际通用”的适配器。此外，SMPS还可以通过配置产生各种DC输出，通过改变高压开关电路的开-关时间比例即可实现电压调节。

相对较新的USB-C充电标准旨在提供高达100W（比如电压为20V、电流为5A）的可变充电功率，从而可以使用单个AC适配器为各种设备充电。此外，USB-C线缆是双向的，即可以使用相同的数据线通过显示器为笔记本电脑充电或通过笔记本电脑为手机充电。设备一旦连接，充电功率和电压即可动态配置。

用于消费类应用的SMPS通常需要额定电压为600V的场效应晶体管（FET）。该FET用来驱动SMPS中变压器的高压高频开关。

合适的FET可以采用宽带隙氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）或硅（Si）制造。硅基超级结MOSFET技术目前在移动设备AC适配器市场仍占主导地位，但GaN和SiC器件将承诺提供更高的效率和更小的外形尺寸。

目前提出的GaN器件是在GaN-on-Si衬底上形成的横向高电子迁移率晶体管（HEMT）。宽带隙市场目前有多家AC适配器初创公司，但截至目前还没有一家主要OEM厂商采用这种技术。接下来，我们来比较一下这三种关键器件。

AvogyZolt充电器采用了SiC，而不是GaN

2016年，TechInsights曾研究了Avogy的Zolt笔记本电脑充电器，型号ZM070LTPX01-G。尽管Avogy声称是GaN器件供应商，但TechInsights却发现Zolt中采用了一个SiC功率FET，而且可能由Cree制造，包装却印上了Avogy的标记。

我们PntPower.com的同事随后指出，Avogy采用SiC器件的原因之一是当时SiC可用并有效。图1展示了Zolt笔记本电脑充电器的主板，并标示了AV150-00028SiC器件的位置。

Avogy现在已不再是一个独立公司，但AvogyZolt仍能够通过第三方零售商购买到。TechInsights追踪了Zolt产品的14项设计，涉及多家公司，其中包括英飞凌、Maxim、Microchip和德州仪器等。

图1

采用GaN器件的RAVPowerRP-PC104

自2016年以来，GaN商用市场取得了长足发展。现在有越来越多的供应商提供基于GaN的AC适配器，包括RAVPower、Anker、FINsix、MadeinMind（MuOne）等。

现在有许多供应商提供GaNFET器件，从GaNSystems和Navitas等小型初创公司到英飞凌和松下等大型企业。最近，TechInsights发布了对RAVPowerRP-PC10445WUSB-C充电器的一些拆解结果，该充电器宣称基于GaN技术。

我们发现RP-PC104采用了两颗NavitasNV6115GaN功率IC。图2显示了RP-PC104主板，标示了NavitasNV6115的位置。

图2

TechInsights随后在MadeinMindMuOne45W充电器和AukeyPA-U5024WUSB充电器中也找到了Navitas器件。MuOne充电器与RavPower充电器的设计基本相同。两者似乎都基于Navitas参考设计。