充電頭
關注創建者：如果我年少有為 創建時間：2023-02-24
充電頭的實例教程
2023年數碼圈中說較多的莫過于氮化鎵（GAN）充電頭。氮化鎵+充電頭+65w究竟會產生怎樣的火花呢？單口充電頭和多口充電頭能解決什么問題呢？不同品牌手機究竟怎樣才能選擇好適合自己使用的充電器呢？
氮化鎵是一種寬能隙材料，它能夠提供與碳化硅（SiC）相似的性能優勢，但降低成本的可能性卻更大。業界認為，在未來數年間，氮化鎵功率器件的成本可望壓低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等價格。
充電頭的工作原理：是將220v交流電轉化為直流電，在通過變頻的方式，將220V交流電變為5v直流電，從而為手機充電。上一代的充電頭材料是SI材料，現在更換為GAN材料。所以，氮化鎵充電頭，只是把以前的SI材料的充電頭中的SI材料，換為GAN。
因為現在科技更新越來越快，對于手機的依賴越來越高，同時電池的容量也越來越大，對于快速充電的需求也明顯加大，所以對于尋求新材料應對如今快速充電也是急需面臨的事情。
氮化鎵功率器優勢：
一、功率性比硅高900倍
二、易散熱、體積小、損耗小、功率大
三、耐高溫、開關快、電阻低、耐高壓
氮化鎵電力電子器件具有更高的工作電壓、更高的開關頻率、更低的導通電阻等優勢，并可與成本極低、技術成熟度極高的硅基半導體集成電路工藝相兼容，在新一代高效率、小尺寸的電力轉換與管理系統、手機充電頭、電動機車、工業電機等領域具有巨大的發展潛力。
展開 2023年數碼圈中討論較多的莫過于65W氮化鎵（GaN）充電頭。65W快充是目前快充市場出貨的主流規格；氮化鎵具有高可靠性，能夠承受短時間過壓；將GaN用于充電器的整流管后，能降低開關損耗和驅動損耗，提升開關頻率，附帶地降低廢熱的產生，進而減小元器件的體積同時能提高效率。
充電頭的工作原理：是將220v交流電轉化為直流電，在通過變頻的方式，將220V交流電變為5v直流電，從而為手機充電。上一代的充電頭材料是SI材料，現在更換為GAN材料。所以，氮化鎵充電頭，只是把以前的SI材料的充電頭中的SI材料，換為GAN。
因為現在科技更新越來越快，對于手機的依賴越來越高，同時電池的容量也越來越大，對于快速充電的需求也明顯加大，所以對于尋求新材料應對如今快速充電也是急需面臨的事情。
推薦一款來自臺灣美祿的快充電源設計方案，本電源模塊是65W1A2C界面，其輸出電壓由協議IC可以控制5V/3A, 9V/3A, 15V/3A, 20V/3.25A等電壓輸出，使用QR/DCM反馳式電路架構于輸出20V重載時可達91.62%效率及功率密度可達1.5W/cm3，本系統采用同系列控制單晶片：QR一次側控制IC驅動MTC D-mode GaN FET(MGZ31N65-650V)、二次側同步整流控制IC及PD3.0協議IC)可達到較佳匹配。
該方案能夠有效降低寄生參數對高頻開關的影響，獲得更高的轉換效率和更優秀的可靠性；實現“更高效率，更大功率，更小體積，更低發熱。”采用了智能溫控技術做到了“大功率下更小體積、更好溫控”支持多種充電模式，對不同的設備功率略有不同，USB-C接口實際較大輸出功率為65W。
展開 聯發科PE充電協議 采用的廠商并不多 圖源：網絡
其實谷歌在2019年就規定，安卓手機必須要支持PD協議，才能支持GMS服務，但是受限與國內環境因素，市面上那些標注44W、66W甚至是80W的充電器，無一例外都是“私有”協議，一方是出于安全適配考慮，一方面是PD協議還是有發熱和充電效率問題，綜合考慮廠商還是愿意使用“私有”協議。
而從一眾安卓廠商都在“學著”蘋果不附充電頭又繼而又讓消費者花大幾百元去買“私有”協議充電頭才“享受”最高待遇，而只能給其他設備“最低”待遇來看，未免吃相有點太難看。
對于像蘋果這樣只支持PD協議快充的設備，如果使用安卓這些所謂的“高功率”充電頭，最終導致的結果就是只能以“最低”功率來充電，對于Macbook Pro這樣的設備自然而然就無能為力了。
圖源：品玩lzh攝
像我這種除了電腦是Mac，其他設備都是安卓系統的用戶來講，沒想到除了系統體驗外，充電都能“割裂”成這樣，本以為能夠憑借安卓的“高充電”功率一“頭”走天下，這可好，還沒出去就因充電頭協議不統一，“消耗”在半路上。
以“環保”為由不配充電器，對于蘋果手機用戶來講影響并不大（完全沒有看不起蘋果最高只有27W充電功率的意思），但安卓手機不配充電器，而一味地推出高充電功率技術，那可是致命的。除了官方標配的充電頭外，雖然有“氮化鎵”這種新技術的“第三方”充電頭，在外觀上可能相比廠商的“高功率”充電頭還小巧。
但還是會因為安卓廠商在“充電”部分集體“作妖”而失去存在意義。
而這種第三方充電器反而對蘋果這種相對“佛系”的品牌支持度相當好，這里就不說像倍思、安克這樣的大廠都有為蘋果“獨立”適配的充電器。
展開 國星光電告訴“三代半風向”，最近公司推出了GaN-DFN器件，除了手機充電頭和汽車充電外，它也能夠集成在插座開關和家電等領域。
據介紹，國星光電的GaN-DFN器件具有更高的臨界電場、出色導通電阻、更低的電容等優勢，使其尤適用于功率半導體器件，降低節能和系統總成本的同時，工作頻率更高，具有極高的功率密度和系統效率，可極大地提升充電器、開關電源等應用的充電效率。
與此同時，不斷增長的手機充電頭市場也在拉動氮化鎵需求。隨著華為、蘋果、三星、小米、魅族等手機廠商紛紛取消充電頭，第三方充電頭銷量暴增，天貓商城銷量前十的快充產品月銷量都在2.6萬筆以上。國元證券認為，2021年全球快充市場預計可達到3000億元，市場空間廣闊。
不過，快充市場的短時間急劇爆發，使得氮化鎵器件缺貨嚴重。據了解，臺灣某氮化鎵廠的新客戶最長需要280天才能交貨，而國內企業的產品供應也面臨巨大挑戰。為此，國星光電的適時介入，一定程度上將有助于緩解企業的產品供應難題。
能效標準更嚴，市場更大
以封測優勢解決三代半技術挑戰
除了快充和汽車領域外，隨著無線通信、綠色能源、數據中心以及物聯網應用需求的不斷增加，能效標準將變得更加嚴格，因此功率器件也將變得越來越重要。
國星光電認為，碳化硅和氮化鎵功率器件在不間斷供電和逆變器等領域很有潛力，僅逆變器需求就包括光伏、大功率電機、車載DC-DC和AC-DC模塊等。
據介紹，國星光電已經形成了3大強勢三代半產品矩陣，除了上面提到的SiC功率器件、GaN-DFN器件外，國星光電也推出了第三代半導體功率模塊。
展開 7月22日，OPPO又一次為GaN帶貨，這次不是應用在充電頭，而是替代硅基MOSFET，首次將GaN應用手機內部電路。
2020年
消費類
GaN功率器件
市場翻了一番，達到
2870萬美元（約1.86億人民幣）
。這與OPPO的推動不無關系，它是
首家采用氮化鎵
手機充電器的國內廠商，其作用可能相當于特斯拉對碳化硅的拉動。
此外，OPPO還
入股了2家氮化鎵芯片
企業。
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替代2顆硅MOS
GaN讓快充更安全
最近，GaN快充都在比拼更高功率、更小尺寸，而OPPO跳出這個邏輯，再次強調充電安全。
這次GaN依舊是OPPO的殺手锏，但不是將它用在充電頭，而是首次將GaN應用在手機內部的
充電保護電路
。
手機充電功率越來越大，電池保護電路必不可少。傳統鋰電池保護電路是由2個硅MOSFET、1個控制集成電路外加一些電阻電容元件組成。隨著手機充電功率達到200W，電池端的電流達到20A。傳統硅MOS溫升明顯，甚至需要輔助導熱措施來為其散熱。
而OPPO這次的手機充電保護電路有了新的創新——用1顆GaN代替2顆硅MOS，由于GaN具備低阻抗優勢，可以大幅降低電流在保護板上的損耗，因此這個方案具備多個優勢：
一是可以無需導熱材料，降低快充過程中的發熱。
二是一顆替代兩顆，可以為越來越擁擠的手機電路板節省更多空間。
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充電頭的工作原理：是將220v交流電轉化為直流電，在通過變頻的方式，將220V交流電變為5v直流電，從而為手機充電。上一代的充電頭材料是SI材料，現在更換為GAN材料。所以，氮化鎵充電頭，只是把以前的SI材料的充電頭中的SI材料，換為GAN。
充電頭的工作原理：是將220v交流電轉化為直流電，在通過變頻的方式，將220V交流電變為5v直流電，從而為手機充電。上一代的充電頭材料是SI材料，現在更換為GAN材料。所以，氮化鎵充電頭，只是把以前的SI材料的充電頭中的SI材料，換為GAN。
充電頭網總結
近年來，戶外電源（移動儲能）發展迅猛，經歷了第一代功能化時代，以保護板，逆變器，直流控制板等簡單連接的方式實現基本功能。又進入了第二代性能化，以大功率充放電，數控雙向逆變器，有效的熱管理和系統設計，拔高了門檻。接下來行業即將進入第三代，重體驗的時代，運用前沿的材料和技術，系統化地設計，解決行業體驗上的痛點，從而獲得更好的體驗。
因此用戶則必須使用與之匹配的原裝充電頭甚至數據線才能實現高功率滿載快充。這帶來的問題就是，不同廠家的快充技術不兼容，影響用戶體驗，也存在安全隱患。
此外，不同的手機快充技術還會導致數據線不同，因為傳輸電流不同，數據線長度不同，充電速度也是不一樣的。目前市場上有很多多口快充充電器。從最大功率的角度上來說，多口充電器并不能帶來多個單口充電器的充電效果。
除了官方標配的充電頭外，雖然有“氮化鎵”這種新技術的“第三方”充電頭，在外觀上可能相比廠商的“高功率”充電頭還小巧。
但還是會因為安卓廠商在“充電”部分集體“作妖”而失去存在意義。
而這種第三方充電器反而對蘋果這種相對“佛系”的品牌支持度相當好，這里就不說像倍思、安克這樣的大廠都有為蘋果“獨立”適配的充電器。
iPhone6使用12W充電頭進行充電電流實測電流（大于1A）
iPhone6Plus使用12W充電頭進行充電電流實測電流（大約2A）
各種功率充電頭給iPhoneX充電時間曲線：
其實5V 2A就是高通所謂的Quick Charge 1.0技術。當然實際上為了防止充電器滿負荷，一般手機都是限制到了5V 1.8A左右的。
在充電領域里面，我看到兩個好玩的東西：
1）ROCSYS的自動化充電技術：
這玩意解決的痛點，是把車停好以后，能直接幫你把充電頭對著接口插進去，人不用下來，是解決人性方面的問題。
另外，隨著碳化硅在汽車、光伏市場的不斷應用，國內外動不動幾十億甚至上百億產值的投資，直觀感受感覺碳化硅的市場規模很大，而用于小小充電頭的氮化鎵感覺市場規模要小很多。根據Yole發布的數據，2025年碳化硅的市場規模為25億美金，2026年氮化鎵市場規模預測數據為10億美金，乍一看確實碳化硅的整體產值確實是氮化鎵的好幾倍。
，充電頭輸出的電流
然后就是等
轉燈了，這是充好了嗎？
