GaN-Technologie: Revolution im schnellen Laden von Mobilgeräten

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Die Anzahl der täglich genutzten Mobilgeräte wächst stetig und damit auch die Anforderungen an Netzteile. Zum Marktstandard wird die GaN-Technologie (Gallium Nitride), also Galliumnitrid. Im Folgenden erklären wir, wie sich dieses Material von herkömmlichem Silizium unterscheidet und welche Vorteile es bei Steckdosenladegeräten bietet.

Was ist GaN?

GaN, also Galliumnitrid, ist ein Halbleiter, der seit Jahren in der Elektronik verwendet wird, unter anderem bei der Herstellung von LEDs und Funkkomponenten. In den letzten Jahren begann er, Silizium in Netzteilen erfolgreich zu ersetzen. Herkömmliche Ladegeräte basieren auf Silizium (Si), das physikalische Grenzen hinsichtlich der Betriebsfrequenz und der Wärmeableitung aufweist. Der Einsatz von Galliumnitrid ermöglicht es, kleinere, energieeffizientere Netzteile zu entwickeln, die auch unter hoher Last stabil arbeiten.

Gut zu wissen: Den Nobelpreis für Physik im Jahr 2014 erhielten Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura für die Entwicklung effizienter blauer Leuchtdioden aus Galliumnitrid. Ohne die blaue Diode wäre die Erzeugung von weißem LED-Licht nicht möglich gewesen.

Einsatz der GaN-Technologie in Ladegeräten.

Die größte Herausforderung bei der Entwicklung von Hochleistungsnetzteilen ist die Wärmeableitung. Herkömmliche Silizium-Ladegeräte benötigen entsprechend große Gehäuse und massive Kühlkörper, um eine Überhitzung der Komponenten zu verhindern. Der Einsatz von GaN-Transistoren ermöglicht es, die Abmessungen der Geräte bei gleichbleibend hohen Leistungsparametern deutlich zu reduzieren.

Dadurch passen moderne Multiport-Ladegeräte in eine Hand und bieten genügend Leistung, um Laptop, Smartphone und weiteres Zubehör gleichzeitig über eine einzige Steckdose mit Strom zu versorgen.

Vorteile der GaN-Technologie.

Höhere Energieeffizienz

Ladegeräte auf Basis von Galliumnitrid zeichnen sich durch einen höheren Wirkungsgrad aus, was geringere Energieverluste in Form von Wärme bedeutet. Dabei sollte man bedenken, dass GaN allein das Laden des Telefons nicht beschleunigt. Die Ladegeschwindigkeit hängt von der Leistung des Netzteils und den unterstützten Protokollen ab (wie USB Power Delivery oder PPS) und nicht vom Material der Transistoren. Galliumnitrid ermöglicht es jedoch, hohe Leistung aus einem wesentlich kleineren Gehäuse bereitzustellen.

Geringere Abmessungen und geringeres Gewicht

Dank der GaN-Technologie können Ladegeräte deutlich kleiner und leichter sein als herkömmliche Siliziummodelle mit gleicher Ausgangsleistung. Durch die kompakten Maße nimmt das Netzteil minimalen Platz in der Reisetasche oder im Rucksack ein und blockiert keine benachbarten Steckplätze in der Steckdosenleiste.

Höhere Ausgangsleistung in einem kleinen Gehäuse

Der hohe Wirkungsgrad ermöglicht es den Herstellern, mehrere USB-C- und USB-A-Anschlüsse mit einer Gesamtleistung von bis zu 65 W, 100 W oder sogar noch mehr in kompakten Gehäusen unterzubringen. Dies erlaubt die gleichzeitige Stromversorgung mehrerer Geräte, ohne separate Ladegeräte verwenden zu müssen.

Wie funktioniert die GaN-Technologie?

Galliumnitrid ist ein Halbleiter, der in Ladegeräten einen Teil der Siliziumtransistoren ersetzt. GaN-Transistoren schalten mit einer deutlich höheren Frequenz als Siliziumtransistoren (im Megahertz- statt im Hundert-Kilohertz-Bereich). Dadurch können Transformatoren, Filter und Kondensatoren im Inneren des Netzteils wesentlich kleiner ausfallen, wodurch das gesamte Ladegerät kompakter und leichter wird.

Eine höhere Schaltfrequenz bedeutet auch geringere Energieverluste durch Wärme. Zudem werden moderne Netzteile mit Temperatursensoren und Steuerungschips ausgestattet, die die Stromparameter kontinuierlich überwachen und das Ladeprofil an das angeschlossene Gerät anpassen.

Warum lohnt es sich, Ladegeräte mit GaN-Technologie zu wählen?

Die Entscheidung für ein GaN-Ladegerät bietet vor allem Komfort durch kompakte Abmessungen und Vielseitigkeit. Ein einziges Netzteil mit passender Leistung kann Smartphone, Tablet, Handheld-Konsole und Ultrabook versorgen. Aufgrund der hohen Effizienz und der kompakten Formate lösen GaN-Netzteile ältere Silizium-Konstruktionen schrittweise ab.

Empfohlene GaN-Ladegeräte

Fazit

Die GaN-Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Entwicklung von Schaltnetzteilen dar. Sie ermöglicht es, hohe Leistung, kompakte Abmessungen und eine geringe Erwärmung des Gehäuses zu kombinieren. Ein gut ausgewähltes Ladegerät dieser Art trägt dazu bei, die Anzahl der zu Hause, im Büro und auf Reisen verwendeten Netzteile zu reduzieren.

Quellen

• Navitas: The GaN Revolution in Fast Charging & Power Conversion - Herstellerseite (navitassemi.com)
• Phihong: Why Are GaN Chargers Better Than Silicon-Based Chargers? - Fachartikel (phihong.com)
• NobelPrize.org: The 2014 Nobel Prize in Physics - Press release - Fachartikel (nobelprize.org)
• USB-IF: USB Charger (USB Power Delivery) - Fachartikel (usb.org)