发布时间：2019年8月14日
贡献作者：Sinjin Dixon Warren博士
介绍
交流适配器不断提醒我们，我们所钟爱的移动设备并不像我们想象的那样移动。每台移动设备都需要定期重新访问交流适配器，为锂离子电池充电。
最初，大多数交流适配器基本上是一个线性电源，它将变压器、桥式整流器和电容滤波器结合起来，将交流电源电压转换为适合给电池充电的平滑低压直流电流。这些适配器仅限于特定的交流电压输入以产生特定的直流电压输出，因此通常不能在国际上使用。它们也很笨重，一般来说，每个需要直流电源的设备都需要一个不同的适配器。最后，基于线性变压器的技术是低效的，因为不需要的功率会像热一样消散，即使没有负载电流，功率也会消散。
自20世纪80年代以来，开关电源（Switch mode power supplies，SMPS）逐渐取代了基于线性变压器的技术，使用了多种电路拓扑，但基本上都是基于相同的原理。交流电压被整流成一个高直流电压，驱动一个开关电路，该电路包含一个高频工作的变压器，并以所需的低电压输出直流电流。开关电源的最大好处是可以与各种交流输入电压配合使用，从而使“国际”适配器成为可能。此外，它们可以配置为产生各种直流输出。电压调节是通过改变高压开关电路的通断时间来实现的。
相对较新的USB-C电力传递标准旨在提供高达100 W（例如20 V和5 A）的可变充电电源，从而可以使用单个AC适配器来对各种设备充电。此外，电缆是双向的，因此相同的电缆可用于从监视器或来自笔记本电脑的智能手机对膝上型电脑充电。连接器件时，充电电源和电压在连接时动态配置。
用于消费者应用的SMP通常需要额定大约600 V的场效应晶体管（FET）。该FET用于高压驱动变压器在SMPS中的高电压的高频切换。合适的FET可以用宽的带隙氮化镓（GaN）或碳化硅（SiC）或硅（Si）制造。硅超接线MOSFET技术目前主导了移动设备AC适配器市场，但GAN和SIC设备承诺更高的效率和更低的形状因素。所提出的GaN设备是在GaN-on-Si基板上形成的横向高电子迁移率晶体管（HEMT）。在宽带隙市场空间中播放了几个AC适配器初创公司，但到目前为止，主要的原始设备制造商（OEM）都没有采用这项技术。在本文中，我们将审查我们对开放市场购买的AC适配器分析的一些结果。
阿沃吉·佐尔特
2016年，TechInsights（原Chipworks）查看了Avogy Zolt笔记本电脑充电器型号ZM070LTPX01-G。Avogy声称自己是GaN器件的供应商；然而，TechInsights发现，Zolt中含有SiC功率场效应管，很可能由Cree制造，但包装上带有Avogy标记。我们的同事PntPower.com网站随后认为，Avogy使用碳化硅设备有四个原因，主要是碳化硅在当时是可用的和工作的。图1显示了Zolt笔记本电脑充电器的主PCB，并显示了AV150-00028 SiC设备的位置。
图1:Zolt笔记本电脑充电器主PCB
下表1显示了Zolt充电器的完整设计获奖名单。该器件相对复杂，包括一个Infineon 600 V CoolMOS器件、三个较低电压Infineon OptiMOS器件和Avogy品牌的SiC功率场效应管器件。
| 制造商名称 | 型号 | 设备类型 | 突出的标记 |
|---|---|---|---|
| 德州仪器 | LP2951-50图纸 | 电压调节器 | 祖夫 54K. 阿基普 |
| 德州仪器 | UCC27511DBV型 | 逻辑集成电路 | 7511 |
| 德州仪器 | TL431AQDBZ公司 | 电压调节器 | 塔克 |
| 法制罗密 | FODM121C型 | 光电耦合器 | （徽标） 121C. 523R. |
| 德州仪器 | LMC555CMMX型 | 其他 | 4AT6. ZC5型 |
| 英飞凌科技 | IPL60R199CP防护等级 | 600 V COOLMOS. | （徽标） 6R199P型 HBK303型 |
| 尤尼特德 | UC3842D8型 | PWM控制器 | 你36. 38C43型 |
| 德州仪器 | sn74ahct1g32dck. | 逻辑集成电路 | BGG公司 |
| 德州仪器 | sn74ahct1g32dck. | 逻辑集成电路 | BGG公司 |
| 德州仪器 | SN74AHC1GU04DCK型 | 逻辑集成电路 | AD3级 |
| 英飞凌科技 | BSC010NE2LSI. | 25伏OptiMOS | 010NE2LI公司 HRH431型 （徽标） |
| 英飞凌科技 | BSC010NE2LSI. | 25伏OptiMOS | 010NE2LI公司 HRH431型 （徽标） |
| 阿尔法和欧米茄 | AOZ1232QI-01型 | DC-DC转换器 | （徽标） Z1232QI1型 ZA5V1E型 |
| 格言 | 最大14667 | 其他 | 埃斯 |
| 格言 | MAX9938腹板 | 功率放大器 | AGI公司 6华氏度 |
| 英飞凌科技 | 拆卸 | 功率MOSFET | 0902NSI公司 H1F 521型 |
| 芯片技术 | Z4DGP406L-HF型 | 功率整流器 | Z4GP. 40英里 533 |
| 微芯片技术 | pic32mx270f256d-v / tl | 微控制器 | （logo）图32 MX270F2型 56DVTL型 |
| 英飞凌科技 | BSZ0902NSI公司 | 30伏OptiMOS | 0902NSI公司 HAD534 （徽标） |
| 德州仪器 | UCC27512型 | 逻辑集成电路 | 27512 钛57I C0R3型 |
| Avogy公司 | AV150-00028型 | 碳化硅功率场效应管 | 150-00028 FV0931型 CS1527型 |
表1:Avogy Zolt设计获胜
Avogy显然已经不再是一家独立的公司，但Avogy Zolt似乎仍然可以从亚马逊获得，尽管根据一些客户的评论，它可能存在可靠性问题。从Avogy AV150-00028中提取的SiC模具照片如图2所示。模具可能是由克里公司制造的。
图2:Avogy AV150-00028碳化硅模具
RACPower RP-PC104
自2016年以来，GaN在商业市场上取得了长足的进步，现在有越来越多的供应商提供基于GaN的交流适配器，包括RAVPower、Anker、FINsix和made-in-Mind（Mu One）等。大量供应商提供GaN-FET器件，从GaN系统和纳维教育这样的小型初创公司到英飞凌和松下这样的大型老牌公司。
最近，TechInsights出版一些结果RAVPower RP-PC104 45 W USB-C充电器它被广告含有GaN，也可以从亚马逊获得。我们发现RP-PC104包含两个纳维NV6115 GaN电源IC，如下表2所示。图3显示了RP-PC104主PCB的照片，并标注了纳维NV6115的位置。
图3:RAVPower RP-PC104主PCB
TechInsights随后在Made-Mind Mu One 45 W充电器和Aukey PA-U50 24 W USB充电器中发现了纳维教育的设备。Mu One充电器的设计与RavPower充电器基本相同，两者显然都基于纳维教育的参考设计。Aukey PA-U50特别令人感兴趣，因为发现它包含新的纳维NV6250集成半桥IC。TechInsights目前正在对纳维NV6250进行全面分析。图4显示了RP-PC104的NV6115集成GaN HEMT芯片的照片。
| 制造商名称 | 型号 | 设备类型 | 突出的标记 |
|---|---|---|---|
| 纳维半导体 | NV6115. | GaN功率集成电路 | （LOGO）纳维教育 NV6115. B3K型 |
| 纳维半导体 | NV6115. | GaN功率集成电路 | （LOGO）纳维教育 NV6115. B3K型 |
| Diodes Inc. | 最高有效位30米 | 功率整流器 | - + MB30米 8B15型 |
| 先锋国际 | VS3506AE型 | -30 V P-Channel FET | 与 3506A YY9F33. |
| 芯科实验室 | 硅8610BB-B-IS | 数字隔离器 | 硅8610BB 1751BF. （e3）10公里 |
| 永恒之光 | EL1018-G型 | 光电耦合器 | 埃尔 1018 822伏 |
| 德州仪器 | UCC28780RTE型 | 其他控制器 | U28780 钛858 A4FL. |
| 英飞凌科技 | BSC098N10NS5 | 100 V Optimos. | 098N10NS型 哈克623 |
| Weltrend半导体 | WT6615F型 | USB控制器 | WT6615F型 000 827摄氏度 I64AF型 |
表2:RAVPower RP-PC104设计
图4：纳维半导体NV6115集成GaN HEMT芯片
60摄氏度
TechInsights最近购买了一个Innergie 60C USB-C60W适配器，该适配器由Delta Electronics Group制造，预计将包含一个GaN设备。网上传言说，该设备实际上包含一个600伏英飞凌CoolMOS超级结MOSFET和三角洲已掩盖了安全涂料的标记。TechInsights对Innergie 60C的拆卸证实了600 V Infineon IPL60R185C7 CoolMOS器件的存在以及安全涂料的使用，而且没有发现GaN成分。图5显示了在Innergie 60C内发现的一个或多个小型PCB的照片。Infineon IPL60R185C7 600 V CoolMOS的位置（标记模糊）已标注。
图5:Innergie 60C PCB
表3总结了Innergie 60C的设计优势。TechInsights计划完成对600 V Infineon IPL60R185C7 CoolMOS设备的详细分析。图6显示了Infineon IPL60R185C7 600 V CoolMOS芯片的照片。
| 制造商名称 | 型号 | 设备类型 | 突出的标记 |
|---|---|---|---|
| Diodes Inc. | 最高有效位30KH | 功率整流器 | - + 最高有效位30KH 8B2型 |
| 永恒之光 | EL1013型 | 光电耦合器 | 埃尔 1013 826伏 |
| 英飞凌科技 | BSZ086P03NS3-G标准 | -30v功率MOSFET | 086p3n. 哈743 （商标） |
| 在半. | FDMS86150型 | 100v N沟道场效应晶体管 | （标志）DJ08AC FDM公司 |
| 半海湾 | GU1M-E型 | 功率整流器 | （徽标）E 古1米 |
| 未知 | t31.5a250vcqmst. | 其他 | t31.5a250vcqmst. （CCC）（VDE）俄罗斯 |
| 未知 | DAP030H. | 其他控制器 | DAP030H. PFFH38G型 |
| 意法半导体 | STM32F072CBU7型 | 微控制器 | STM32F型 072CBU7 8205号 GQ24L 15. |
| 英飞凌科技 | IPL60R185C7防护等级 | 600 V COOLMOS. | （商标） 60C7185 哈德831 |
表3:Innergie 60C设计获胜
图6:Infineon IPL60R185C7 600 V CoolMOS管芯
结束语
TechInsights分析表明，使用SiC、GaN和Si超结器件可以构建高功率、紧凑的交流适配器。检查了几家主要OEM的商用充电器，包括谷歌Pixel 3、华为Mate 200 Pro和诺基亚9 PureView快速充电器，发现了硅超结MOSFET技术。很明显，硅技术继续主导这一市场空间。TechInsights认为，由于这项技术的成本相对较高，SiC不太可能在交流适配器市场取得市场成功。SiC技术似乎更适合高压应用，并在电动汽车和混合动力汽车市场成功地取代了硅IGBT技术。
好奇地，在这里讨论的三个AC适配器的情况下，Innergie 60C可以提供最佳的整体系统性能。移动充电器性能的指标之一是功率密度，即每立方厘米的体积产生的瓦特。Innergie 60c是通过该公制的清晰获奖者，功率密度最高。较旧的Avogy Zolt是具有最大的音量和最低功率密度。
| 装置 | 长度（英寸） | 宽度（英寸） | 高度（英寸） | 功率（W） | 体积（英寸3.） | 功率密度（W/in3.） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Innergie 60C. | 2.4 | 1.2 | 1.2 | 60 | 3.5 | 17.4 |
| RACPower RP-PC104 | 2.8 | 2.1 | 0.6 | 45 | 3.5 | 12.8 |
| 阿沃吉·佐尔特 | 3.5 | 1.3 | 1.3 | 70 | 5.9 | 11.8 |
表4：功率密度比较
Innergie 60C由Delta Electronics组制成，该AR AC适配器的制造商。他们声称每年制造8000万笔记本电脑适配器。Innergie 60c的设计可能高度优化。如果可以有效地竞争硅超结MOSFET技术，则进一步优化
尽管这些发现表明GaN交流适配器在功率密度方面还没有超越基于超级结的高质量交流适配器，TechInsights相信GaN的已知技术优势将导致GaN在交流适配器市场上的成功。GaN很可能出现在高效率、小尺寸、高功率的交流适配器中。很明显，市场正在押注情况会是这样。如前所述，目前，GaN-HEMT功率晶体管市场有许多参与者，包括相对较新的初创企业和英飞凌等大型老牌参与者。英飞凌是目前最大的电力电子器件供应商，其产品组合包括超级结CoolMOS器件、GaN基CoolGaN器件和SiC基CoolSiC器件。英飞凌将定位于提供基于最能满足每种应用最终要求的材料的设备，根据其网站上的白皮书，英飞凌清楚地相信GaN-HEMT设备在交流适配器市场具有巨大潜力。
