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【買う前に知っておきたい!】充電器で使われている窒化ガリウム(GaN)ってなに?メリットは?

2023年8月30日

窒化ガリウム(GaN)

image: Amazon

ここ数年、充電器やモバイルバッテリーの小型・軽量。高性能化が進んでいます。

その大きな要因は、素材に窒化ガリウム(GaN)を採用しているからです。

でも、「窒化ガリウム(GaN)採用!従来比○%も小型軽量に〜」などと謳われるので選ぶようにしていますが、具体的になにがいいのか正直わかっていません。

そこで本記事では、充電器やモバイルバッテリー窒化ガリウム(GaN)を活用することのメリットや期待される次世代の素材について

 

この記事のポイント

窒化ガリウム(GaN)とはにものか
窒化ガリウム(GaN)採用のメリット
窒化ガリウム(GaN)の次に期待される素材

 

窒化ガリウム(GaN)とは?

窒化ガリウム(GaN)

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窒化ガリウム(GaN)は窒素とガリウムから構成される化合物で、半導体材料の一種として主に電子機器や光デバイスなどの製造に使用され幅広い応用が可能です。

 

窒化ガリウム(GaN)の特徴

  • 高い電子移動度
    窒化ガリウム(GaN)は、高い電子移動度を持つため、高周波・高電力アプリケーションに適しています。
    これは、電子が材料内で容易に移動することができるため、高い周波数で動作するデバイスに使用されます。
  •  耐高温性
    窒化ガリウム(GaN)は、高温で安定して動作することができます。
    これにより、高温環境下での使用や高出力アプリケーションでの利用が可能です。
  • 高電界耐性
    窒化ガリウム(GaN)は、高い電界に対しても安定して動作する特性を持っています。
    これは高電力デバイスや高電圧アプリケーションにおいて重要です。
  • 光デバイスへの応用
    窒化ガリウム(GaN)は、光を効率的に発生・検出することができるため、LED(発光ダイオード)やレーザーデバイスとして利用されます。
    青色や緑色のLEDの開発においても重要な役割を果たしました。
  • 高周波デバzス
    窒化ガリウム(GaN)は、高い電子移動度と耐高温性から、高周波デバイス(例: マイクロ波、ミリ波デバイス)にも使用されます。
    無線通信やレーダーシステムなどで利用されることがあります。

と、ここまでは素材の特性をご紹介しましたが、これらを踏まえて充電器やモバイルバッテリーに採用することで、どのような効果効能を宇生み出すのかについてご紹介します。

 

窒化ガリウム(GaN)による充電器やモバイルバッテリーのメリット

窒化ガリウム(GaN)

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窒化ガリウム(GaN)を使用した充電器やモバイルバッテリーは、小型軽量で効率的な充電が求められるシーンでで特に効果を発揮します。

その具体的なメリットは次のとおりです。

  • 小型・軽量化
    窒化ガリウム(GaN)は、高い電子移動度と効率の良い電力変換特性を持っており、これにより充電器の回路をコンパクトに設計することが可能です。
    従来のシリコンベースの素材よりも効率的な電力変換が可能なため、同じ出力を持つ充電器でも小型・軽量なデザインが実現できます。
  • 高効率充電
    窒化ガリウム(GaN)を使用した充電器は、電力の変換効率が高いため、電力ロスが少なくなります
    これによって、電力を効率的に変換してデバイスを充電できるため、充電時間を短縮することができます。
  • 高出力
    窒化ガリウム(GaN)充電器は高い出力を持つことができます
    このため、急速充電や複数のデバイスを同時に充電する際に優れた性能を発揮します。
  • 低熱発生
    高効率の電力変換が可能なため、窒化ガリウム(GaN)充電器は通常、低い熱発生を示します。
    これにより、充電器自体が過熱するリスクが低くなります
  • 将来の技術進化
    窒化ガリウム(GaN)は、新興の半導体材料であり、研究と開発が進行中です。
    今後、さらなる効率向上や新たなアプリケーションが開発される可能性があります。
    そのため、将来的な技術進化にも対応しやすい素材と言えます。

まとめると

ココが違う!

・小型・軽量なデザイン
・電力ロスが少ない充電で時間を短縮
・高出力を維持したまま急速充電や複数のデバイスを同時充電
・熱の発生率を抑え過熱するリスクが低い

 

次世代の素材は?

シリコンベースから窒化ガリウム(GaN)へと変化を遂げた充電器やモバイルバッテリー。

ではその次に期待される素材はどのようなもので、どんなメリットを生み出すのでしょうか?

Anker GaN ll

2021年5月にGaNのもう一段階先にあるイノベーションとして、「Anker GaN ll」を発表。

窒化ガリウム(GaN)をベースに、スイッチング周波数 (※回路に電気を通す / 止めるの1秒間の切り替え回数) を高めて電子部品を省サイズ化するとともに、高周波化に伴って発生する熱やEMI (ノイズ) を内部基板部品の立体配置と回路構造の最適化 (PCBA 3D スタッキング) によって抑え、厳しい安全基準を満たしながらさらなる充電器の小型化を実現。

出典:Anker公式サイト

 

Anker GaNPrime

Anker GaN llをさらに発展させたもので、100W以上の高出力化と小型化を実現。

さらに、複数ポートでの流動的な電力配分により、充電効率の向上を果たしている。

参照:Anker公式サイト

そのほか

窒化アルミニウム(AlN)、シリコンカーバイド(SiC)、窒化ボロン(BN)、二酸化チタン(TiO2)ナノワイヤ:などの研究開発が行われていますが、電気自動車の充電器だったりガジェット系の充電器やモバイルバッテリー用途ではないようです。

 

 

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