这种材料让充电器体积缩小 40%,未来还能用在 5G 设备上?

weizhizao

03-13 23:33

一个能给手机、游戏机、电脑充电的充电器,它的体积会有多大?一罐 355 毫升的可乐、一台 5 英寸大小的手机,还是一个魔方大小?

如今,随着快充技术逐渐成为电子产品的标配,不少电源厂商都纷纷应市推出快充电源,以更早拿下充电配件这一重要市场。毕竟无论是配置超强的旗舰,亦或是廉价的入门产品,「电量」就像我们每天所需的食物,它始终都是电子设备的根本。

因此在电池技术尚未取得突破性发展前,通过高效的电源输出来缩短电池充电时间显得尤为重要。

GaN,让充电器迎来「春天」

在 QC、PD 等快充技术的推动下,如今的充电器已经从最初的 15W 跃升到了今天的 30W 甚至 65W,充电效率整整翻了几倍,充满一块能用一天的 4000mAh 电池也只是 100 分钟内就能完成的事。

但随之而来的体积问题,也成为了电源厂商的另一个技术羁绊——

受限于半导体材料,充电器的输出功率越大,充电器的体积和重量也会随之增大,尽管充电器的效率是更高了,但其所伴随的体积和重量都不利于用户携带。

显然这也只是「以重量换功率」的做法,并没有给让现在的充电器带来太大的进步。

▲ 30W 的 PD 1 对比 65W ThinkPlus

正当大家都胶着在「要功率」还是「要体积」这两个问题时,一种新半导体材料彻底改变了高功率充电器在未来的走向,那就是 GaN,它的中文名叫做「氮化镓」。

对于并不关注半导体材料的读者来说,GaN 这个名字听上去十分陌生,当然这也不奇怪,因为这是一种刚从实验室登陆民用市场的半导体材料,前后也就只有 1~2 年时间而已。正因如此,我才会在这篇文章里花不少篇幅去介绍这种新材料。

早期 GaN 其实是被应用在军事设备当中,比如雷达或干扰机,在之后时间里,这种高频高功率的半导体材料被用在了通讯基站上,从而给设备带来更高的工作效率。到了如今的民用电子设备领域,GaN 被用在了充电器里,带来比传统硅体积更小,性能达 20 倍提升的效果。

在 GaN 的「帮助」下,高功率充电器的体积得以大幅缩减。

▲左往右:iPhone 5W 充电器 / ANKER Atom PD 1 / iPad Pro 18W 英版充电器 / iPad Pro 12W 充电器 / 2019 款 MacBook Air 30W 充电器

比如 ANKER 去年在纽约发布的这款 PowerPort Atom PD 1 充电器,你可能不会想到这个比 iPhone 标配的 5W 充电器还要大一点 PD 充电器能提供 30W 的输出功率,而且它的体积也只是新 MacBook Air 标配充电器的 60%。如果将它拿在手上,不会觉得它是个 30W 输出的「小钢炮」。

那么 30W 的 PD 快充在我手上能干嘛?粗略估算了一下,它能在我出差的时候帮我给这些设备充电:

  • 苹果 iPhone XS Max(最高 18W)
  • 三星 Galaxy S10(标准 15W)
  • 2018 款 iPad Pro(最高 28W)
  • 2018 款 MacBook Air(标准 30W,最高 45W)
  • 任天堂 Switch 游戏机(标准 24W)
  • ANKER Power Core 20100 PD 移动电源(最高 22W)

实测才是检验的真理

既然说了这么多关于 GaN 的事,那么它的实际表现到底怎样?

先来看看产品,在经历半年时间的打磨后,ANKER 将 PowerPort Atom PD 1 的功率在体积不变的情况下从去年发布时的 27W 提升到了 30W。

放大到具体参数,PD 1 共提供了 4 档输出功率:5V / 3A(15W)、9V / 3A(27W)、15V / 2A(30W)和 20V / 1.5A(30W),额定功率最高 30W。至于输入方面,PD 1 支持 100-240V~1.2A,50-60Hz 换言之基本上在全球范围内都能使用这个充电器。

当然啦,前提是需要备上插头转接器。

下面我们来看 PD 1 的充电器能否胜任我们这些测试对象的充电所需要求:

从 YZX 的紫金表可见,Atom PD 1 能给 50% 剩余电量的 iPhone XS Max 能做到 8V / 2.2A 约 19W 的 PD 快充,效率速度很高。

但这里我需要备注的是,在测试时我曾用过一条非 MFI 的第三方线缆连接,结果不能正常测试。后来,我换了苹果原装线缆和 ANKER 最近上架的 MFI 认证 USB-C to Lightning 的电源线传输,最终才让充电器和手机快充协议握手,达到测试结果的 19W 输出。

因此这里我不排除部分第三方线缆是否会对快充有影响,所以我建议大家还是尽量选择原装或 MFI 认证的使用,让快充达到最佳效果。

至于在 Android 阵营中,我分别对三星 Galaxy S10 和小米 9 进行测试,由于 S10 今年在充电方面仍然比较保守,因此最高也只有 13~15W 的输入;小米 9 则在 5V / 2.8A 约 15~17W 之间,同样也顺利激活了 PD 快充。

即使对 2018 款 MacBook Air 充电,PD 1 的表现也相当迅猛。在接入设备后电流电压一直蹭蹭蹭地飙到 19.7V / 1.4A,约 28W,性能和 MBA 标配电源不相上下,但体积也只是标配充电器三分之二而已。

在新 iPad Pro 上 PD 1 的表现也同样积极,在 25% 剩余电量下,PD 握手一下飙升到了 14.8V / 1.9A,达到了 iPad Pro 极限的 28.7W,这比标配的 18W 充电器要高效不少。

即使侍候自家的 Power Core 20100,PD 1 也没有怠慢,PD 输入输出同样能达到 Power Core 20100 所承受的 30W 极限,最终在 26~28W 之间浮动。

在快充的帮助下,20100 的 20000mAh 电池能在 3~4 小时内充满,它能为 iPhone XS Max 提供至少 3 次的 充电次数。

当然啦,除了能对手机、电脑、充电宝充电以外,PD 1 甚至还能对 Switch 充电,基本上能把充电器备在包里,走到哪玩到哪。

充电器的下一个发展趋势:变得更小,更加万用

尽管 30W 的功率在今天来说并不算特别高,往上市面上还有 45W 甚至 65W 的移动充电器,但 PD 1 毕竟是一款主打「便携+高效」的产品,在有限体积的条件下,30W 已经算是体积和功率都能均衡控制的取中值。

基本上,这个功率已经能保障到大部分移动设备的充电需求,尤其是在出差的时候,这种「一头走天下」的感觉尤其舒适。

另外请注意的是,这只是手心大小的氮化镓 GaN 充电器所带来的功率,在我看来,在 PD 1 之后,更高功率的 GaN 充电器也会陆续登场,而这些充电器将会继续比同功率充电器体积更小,适用的范围更多。

换言之,GaN 这种新半导体材料让充电器有了兼顾高性能和小体积的可能性。

实际上,在今年的 CES 大会上,不少电源厂商也展出了自家 GaN 充电器。和 ANKER 的 Atom PD 1 相同,在 GaN 的「帮助下」,即便是涵盖大部分电子设备的 45W 充电器也能做到只有 80 克和巴掌大小。

▲RAVPower 的 GaN 充电器. 图片来自:The Verge

更关键是,这种材料让充电器有了做薄的可行性,比如 RAVPower 就把他们家的 45W 充电器控制在 1.5 厘米的厚度,就算是放在贴身的口袋里也相当方便。

当然,除了充电器,GaN 这种高性能、体积小的半导体材料在未来还可能会被应用在 5G 通讯当中,借助 GaN 的高频特性,它能为未来的 5G 信号传输带来扎实的通讯基础。

再放大看,它更可能会在今年被用在 5G 通讯设备当中,以提升信号传输能力,这些设备包括我们平常用的手机、笔记本电脑、交通设备、科研设备、网络基站…… 说实话,GaN 在未来的充电器里还会给我们带来什么惊喜,它又会被应用在哪些领域当中?其实我已经迫不及待想知道了。

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