نگاهی عمیق به فناوری GaN و نقش آن در شارژرهای GaN

GaN (گالیوم نیترید) یکی از فناوریهای پیشگام و تحول آفرین در دنیای الکترونیک است که در اخیرا سروصدای زیادی به پا کرده است. از این فناوری برای ساخت شارژرها و دستگاههای الکتریکی پیشرفته استفاده میکنند. تا قبل از ظهور گالیوم نیترید، در دستگاههای الکترونیکی از سیلیکون برای انتقال برق استفاده میکردند که محدودیتهایی مثل تولید گرمای بیش از حد و اندازه بزرگ قطعات داشت. در این نوشته قصد داریم قابلیتهای ماده GaN و نقش آن در توسعه انواع شارژر موبایل را با شما عزیزان به اشتراک بگذاریم.
گالیوم نیترید (GaN) چیست؟
گالیوم نیترید یک نیمه رسانا با ترکیب دوتایی IIIV با باند گپ مستقیم است که از دهه 1990 به طور گسترده در دیودهای ساطعکننده نور آبی (LED) مورد استفاده قرار میگیرد. این ترکیب مادهای بسیار سخت است و ساختار بلوری ورتزیت دارد. این ماده یک ماده نیمه رسانای شگفت انگیز است که با توجه به ویژگیهای منحصر به فرد، در صفحههای خورشیدی برای تبدیل نور به الکتریسیته استفاده میشود؛ در حال حاضر نیز از آن در ترانزیستورها استفاده میکنند و در حال جایگزین شدن با سیلیکون است.
ویژگیهای فیزیکی گالیوم نیترید
این ماده از ترکیب عنصر گالیوم با عدد اتمی 31 و نیتروژن با عدد اتمی 7 تشکیل شده است. این دو عنصر در ترکیب با یکدیگر ساختار بلوری ورتزیت و محکمی را ایجاد میکنند و نقطه ذوب آن بالای 2500 درجه سانتیگراد است. GaN در طبیعت پیدا نمیشود و به طور شیمیایی سنتز میشود که این فرایند با قرار دادن گالیوم و آمونیاک در دما و فشار بالا انجام میگیرد.
ویژگی | مقدار |
چگالی | 6.1 g/cm3 |
سختی | 12 GPa |
چقرمگی شکست | 0.80 MPa |
رسانای حرارتی | کمتر از 1.3 W cm⁻¹ °K⁻¹ |
ویژگیهای الکتریکی GaN
گالیوم نیترید یک نیمه رسانای باند گپ عریض است و انرژی باند گپی برابر با 3.4 الکترون ولت دارد. همین مساله باعث میشود در دمای بالا کار و ولتاژهای بالا را تحمل کند.
GaN در ساخت قطعات الکتریکی مثل مقاومتها، خازنها، سلفها، ترانزیستورها، تریستورها و دیودها مورد استفاده قرار میگیرد. این ماده در مقایسه با سیلیکون و سیلیکون کاربید، مزایای زیادی دارد که از جمله آنها میتوان به توان بالا، عملکرد مناسب در دماها و ولتاژهای بالا، کاهش تلفات سوئیچینگ و کاهش هزینههای تولید اشاره کرد.
پیشبینی میشود که بازار دستگاههای نیمه هادی GaN به طور چشمگیری رشد کند و ارزش آن تا سال 2030 به بیش از 12.47 میلیارد دلار برسد.
مزایای استفاده از فناوری GaN
- وزن سبک: فرکانس سوئیچینگ بالای گالیوم نیترید این امکان را فراهم میکند تا از خازنها و سلفهای کوچک استفاده کنیم؛ این مساله باعث میشود تا وزن دستگاه کاهش پیدا کند.
- صرفهجویی در هزینه: ترانزیستورهای GaN هزینه نهایی را پروژهها را با کوچکتر کردن قطعات کاهش میدهند.
- بهرهوری انرژی: فناوری GaN با تحمل دماهای بالاتر، بهرهوری انرژی را به حداکثر میرساند و در نهایت باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش کارایی دستگاهها برای شارژرها، LEDها و سایر فناوریها میشود.
- سرعت پردازش بالا: استفاده از قطعات کوچکتر و فرکانسهای سوئیچینگ بالاتر، قدرت پردازش و صرفهجویی در انرژی را بهبود میبخشد.
- دوام بهتر: دستگاههایی که از فناوری GaN استفاده میکنند، به دلیل پایداری مکانیکی و قدرت شکست بالاتر، در برابر شرایط عملیاتی سخت، مقاومتر هستند و احتمال خرابی آنها کمتر است.
- تنوع کاربرد: فناوری GaN در صنایع مختلفی از جمله روشنایی LED، منابع تغذیه، شارژرهای سریع و اتومبیلها کاربرد دارد و گزینهای جذاب برای بهبود عملکرد محصولات به شمار میرود.
کاربردهای گالیوم نیترید
این فناوری در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار میگیرد که مهمترین آنها عبارتند از:
- تلفن همراه: شارژرهای GaN برای شارژ سریع تلفنها مورد استفاده قرار میگیرند؛ این شارژرها امکان شارژ سریع را به راحتی فراهم میکنند و مشکلاتی مثل گرم شدن بیش از حد را ندارند.
- لپتاپها و اولترا بوکها: شارژرهای GaN برای تأمین برق لپتاپها و اولترا بوکها بسیار مناسب هستند و توان بالاتری را برای شارژ سریعتر فراهم میکنند.
- وسایل نقلیه برقی (EVs): شارژرهای GaN نقش مهمی در شارژ خودروهای برقی ایفا میکنند. با توان خروجی بالا، شارژرهای مبتنی بر GaN باعث کاهش زمان شارژ خودروهای برقی میشوند.
فناوری GaN در زمینه شارژرها انقلابی ایجاد کرده است؛ چرا که تولید گرما را در مقایسه با دستگاههای شارژ مبتنی بر سیلیکون به طور قابل ملاحظهای کاهش میدهد.
مقایسه گالیوم نیترید و ترانزیستور
ترانزیستور گالنیم نیترید (GaN) یک دستگاه نیمهرسانا با تحرک الکترونی بالا (HEMT) است که از سه ترمینال تشکیل شده است: گیت، منبع، و درین. تحرک الکترونی بالا به این معنی است که ترانزیستور GaN نسبت به ترانزیستورهای سیلیکونی، قدرت میدان الکتریکی بیشتری دارد.
برخی از مهمترین مزایای ترانزیستور GaN عبارتند از:
- این ترانزیستورها دارای مقاومت کمتری در حالت روشن هستند که باعث کاهش تلفات توان در حین عملیات میشود.
- تحرک الکترونی بالای GaN باعث افزایش سرعت سوئیچینگ میشود که منجر به کاهش تلفات ناشی از عملیات سوئیچینگ میگردد.
- ترانزیستورهای GaN کوچکتر از ترانزیستورهای سیلیکونی هستند و میتوانند توان بیشتری را در فضای کوچکتر تحمل کنند که برای طراحیهای جمع و جور ایدهآل است.
یکی از زمینههایی که گالیوم نیترید عملکرد خوبی را از خود نشان میدهد، شارژرهای مبتنی بر این فناوری مانند USB C و PD است.
چرا شارژرهای GaN بهتر هستند؟
این شارژرها نسبت به شارژرهای سیلیکونی توان بیشتری را ارائه میدهند و سرعت بالایی دارند. این ویژگی باعث میشود تا دستگاهها با سرعتی تا سه برابر سریعتر شارژ شوند و زمان انتظار برای شارژ کاهش پیدا کند. همچنین شارژرهای GaN طراحی جمع و جور و باریکتری دارند و به راحتی میتوان آن را در کیف یا جیب قرار داد. در کنار همه این موارد، مصرف انرژی این شارژرها باعث میشود تا هزینههای برق کاهش پیدا کند.
قابلیت دیگر و مهمی که شارژرهای گالیوم نیترید دارند، تولید گرمای کمتر است که همین مساله باعث افزایش ایمنی و کاهش خطرات احتمالی میشود.
با توجه به اینکه این شارژرها هزینه تولید بالایی نسبت به شارژرهای سیلیکونی دارند، هنوز به اندازه کافی گسترده نیست؛ اما انتظار میرود در آینده نزدیک استفاده گستردهای از آن شود.
جمعبندی
فناوری GaN با داشتن ویژگیها و مزایایی که در بالا به آنها اشاره کردیم، دنیای شارژرها را متحول کرده است. در صورتی که به دنبال شارژری با توان و بهرهوری بالا هستید، شارژرهای گالیوم نیترید گزینهای مناسب خواهند بود. این شارژرها در مقایسه با شارژرهای معمولی سریعتر عمل میکنند و وزن پایینی دارند.
مرکز خرید و پخش عمده لوازم جانبی موبایل داتیس مارت شارژرهای شیائومی زیر را با تکنولوژی GaNبه مشتریان عرضه می کند.
شارژر شیائومی کیفیت اصلی توان 120 وات |
![]() |
شارژر شیائومی کیفیت اصلی توان 67 وات |
![]() |
شارژر شیائومی کیفیت اصلی توان 33 وات |
![]() |
در این نوشته سعی کردیم نکات مهم در رابطه با این فناوری را با شما عزیزان به اشتراک بگذاریم؛ امیدواریم مفید بوده باشد.