快充的原理是什么？充电器为什么变得这么小？

对于喜欢刷社交软件或热衷手游的玩家，哪怕手机电池容量再大都会面临“一天一充”或者“一天多充”的尴尬局面。智能手机又大多采用一体化设计，不能更换电池，长达2h甚至更长时间的充电等待让人难以接受。因此，快充充电器顺应市场需求出现了。

如何提升充电速度呢？

原理是提高充电功率。复习一下初中物理知识，功率＝电压×电流(P=UI）的计算公式，所谓的快充技术，本质上就是增加输入电压或输入电流的行为。

那是不是随便加大一个，就可以实现快充？

并不是，因为受到锂电池本身的限制，在欠压或过压的情况下充电，都会对电池产生损伤，说不准就有爆炸风险。

如何实现快充？

我们先来看一下锂电池的充电方式，通常分为三个阶段：

锂电池充电方式▼

在手机完全没电的时候，充电器会先通过电流较小的恒定电流对锂电池充电，使其慢慢恢复活性；一段时间后，进入恒压充电阶段，充电器会加大恒定电流，并逐步提升电压，这也是锂电池充电的主要阶段；当电池电流达到80%左右就会进入涓流充电阶段，充电器会在恒定电压下慢慢减小电流的输入，补偿因自放电而造成的容量损失。

Battery Charger Operation Modes▼

因此，想要提高充电速度，就必须在[大电流恒定电流充电]这个阶段进行创新。

目前，手机领域的快速充电技术大体可以分为两大类别：

①“高压＋低电流”

②“低压＋大电流”

高压＋低电流：即提高接口的电压，再把输入电流限制在 2A 以内的情况下，通过提高供电电压，达到提升功率的效果。不过，在高电压输入手机之后会有一个降压过程，此时手机内部会产生热损耗，导致发热严重。

低压＋大电流：该方案中的电流已经超过了普通数据线所能安全承载的2A“电流红线”，因此需要将充电器、充电线、手机内部电路都进行改造，并采用电池多线路充电，提高输入电流。

总而言之，实现快充需要一整套的充电解决方案，手机内置的电源管理芯片、充电线、充电器三部分共同协调，缺一不可。

如何让充电器变小？

这里先跟大家介绍下锂电池的充电原理。

锂电池充电原理▼

手机充电过程▼

以上5步就是手机完成充电的整个过程。可以明显看出，增加开关的频率才是充电器变小的关键。

为什么呢？

充电器在插入插座后首先会有一个 FUSE 保险丝保护电路，接下来是 EMI 滤波电路，滤除输入电流的噪声，然后通过整流电路转化为高压直流电，后面再接一个滤波储能电容来储电和滤除转化后的噪声。

接下来，高压直流电就要通过变压器转换为可供手机使用的低压直流电了。

但是，如果这么设计，那我们拿到手的充电器会特别大！上面也有提到，占充电器体积最大的就是变压器和储能电容，它们的体积和电流的频率有关。因此，变压器前加一个开关 MOS 管，增加电流的频率，这样就能缩小变压器和储能电容的体积。

传统的开关管都是硅和锗半导体材料，开关频率在 60kHz 左右，充电速度较慢，对付大功率设备力不从心。后来，发现了可能改变电子产品充电格局的第三代半导体新型材料-氮化镓，可以将开关频率提升至百万级。

氮化镓的优势▼

氮化镓具有硬度高、低电阻、熔点高的属性，使用这种材料组成的手机充电器，可以使用更小的变压器，体积自然会更小，同时因为氮化镓的静态功耗低，具有更高的效率，使用的电感、线圈等被动件也会比传统充电器更少，进一步带动了充电器体积的压缩，用氮化镓制作的充电器通常比传统硅材料小 50% 。并且在快充过程中散热更好，充电头不易发烫。

氮化镓电路原理图▼

充电器的变化▼

另外，氮化镓充电器除了能给手机充电之外，还有一个巨大的优势就是可以为使用PD 协议供电的笔记本电脑等设备充电，一定程度上解决了随身携带电脑人群的“负重载荷”问题。

沃泰芯650V耗尽型

氮化镓晶体管

基于氮化镓技术、采用Type-C协议的PD快充，是目前充电器的优选；其中，38W-65W的PD快充是目前主流的功率段之一。

沃泰芯650V耗尽型氮化镓晶体管作为主开关器件，通电阻最大仅1Ω，Qg低至7.5nC，超小封装DFN 5x6，可实现100KHZ以上的超高开关频率，减小变压器体积。另外，其导通损耗极低，且反向恢复损耗Qrr为零，可实现基于GaN高效率、小体积的38W-65W功率段PD快充方案的产品设计。

整个产品尺寸会非常小，38W、45W的产品长宽高是51mm*34mm*38.5mm，功率密度分别为0.8W/cm³、0.97cm³；65W产品长宽高为70.5mm*32mm*36.5mm，功率密度达1.2W/cm³，而且在效率、温升方面表现也很亮眼，已无需再使用导热垫、散热片等来帮助散热。

WTX ND6105A（38W）▼

Vdss /V(tr) DSS：650v/800v

LPS：5A

RDS（on)：1Ω

QG：7.5nc

外形尺寸：5*6*0.79（mm)

WTX ND6115A（45W）和 

WTX ND6115A（65W）▼

Vdss /V(tr) DSS：650v/800v

LPS：15A

RDS（on)：1Ω

QG：6.4nc

外形尺寸：

5*6*0.79(mm)/8*8*0.79(mm)