Was sind Galliumnitrid (GaN)-Ladegeräte? Alles, was Sie wissen müssen – März 2024

In den letzten Jahren haben Sie wahrscheinlich viel über Galliumnitrid oder GaN gehört, wenn es um Ladegeräte geht. Viele Unternehmen, die Ladegeräte herstellen und auf Amazon verkaufen, nutzen GaN schon seit geraumer Zeit. Und jetzt mischen auch größere Unternehmen wie Apple mit.

Die Hauptfrage, die sich stellt, ist: Was genau ist Galliumnitrid? Und sind GaN-Ladegeräte effizienter als die üblichen Silizium-Ladegeräte, die wir kennen? In diesem Artikel beantworten wir diese Fragen und stellen weitere Informationen zu GaN-Ladegeräten bereit. Deshalb finden Sie hier alles, was Sie über GaN-Ladegeräte wissen müssen.

Was ist Galliumnitrid?

Galliumnitrid ist ein Material, das in den 1990er Jahren in der Halbleiterindustrie große Bedeutung erlangte. Dies geschah durch die Herstellung von LEDs. GaN wurde zunächst zur Herstellung der ersten weißen LEDs, blauen Laser und vollfarbigen LED-Displays verwendet, die man bei Tageslicht sehen konnte.

Nun sieht es so aus, als ob Galliumnitrid auch in vielen anderen Bereichen als Ersatz für Silizium eingesetzt werden wird. Siliziumhersteller arbeiten seit Jahrzehnten an der Verbesserung siliziumbasierter Transistoren. Nach dem Mooreschen Gesetz kann sich die Anzahl der Transistoren in einer integrierten Siliziumschaltung etwa alle zwei Jahre verdoppeln.

Die Produktion von GaN-Transistoren wurde 2006 hochgefahren. Dank verbesserter Fertigungsprozessoren konnte GaN in denselben Anlagen wie Siliziumtransistoren hergestellt werden. Das hilft, die Kosten niedrig zu halten und ermutigt mehr Siliziumhersteller, stattdessen GaN zur Herstellung von Transistoren zu verwenden.

Warum ist GaN besser als Silizium?

Der größte Vorteil von GaN gegenüber Silizium ist die Energieeffizienz. GaN Systems hat dies hier erklärt:

„Alle Halbleitermaterialien haben eine sogenannte Bandlücke. Dies ist ein Energiebereich in einem Festkörper, in dem keine Elektronen existieren können. Einfach ausgedrückt hängt eine Bandlücke damit zusammen, wie gut ein festes Material Elektrizität leiten kann. Galliumnitrid hat eine Bandlücke von 3,4 eV im Vergleich zu Silizium mit einer Bandlücke von 1,12 eV. Die größere Bandlücke von Galliumnitrid bedeutet, dass es höheren Spannungen und höheren Temperaturen standhalten kann als Silizium.“

Ein anderer GaN-Hersteller, Efficient Power Conversion Corporation, gab an, dass GaN in der Lage sei, Elektronen 1.000-mal effizienter als Silizium zu leiten, und das bei geringeren Herstellungskosten.

Dies bedeutet, dass der Strom bei einer höheren Bandlückeneffizienz schneller durch einen GaN-Chip fließen kann als durch einen Siliziumchip. Dies kann in Zukunft zu schnelleren Verarbeitungsmöglichkeiten führen. Im Grunde genommen werden mit GaN hergestellte Chips für Laien schneller, kleiner und energieeffizienter sein. Ganz zu schweigen davon, dass es (irgendwann) billiger ist als Siliziumchips.

Welche Vorteile bietet ein GaN-Ladegerät?

Der größte Vorteil eines GaN-Ladegeräts für den Benutzer ist die Größe. GaN-Ladegeräte sind typischerweise etwa 50 % kleiner als gleichwertige Silizium-Ladegeräte. Das bedeutet, dass sie besser in Ihre Tasche passen und nicht so sehr im Weg sind. Ein 100-W-GaN-Ladegerät ist manchmal kleiner als ein 5-W-Silizium-Ladegerät, was verrückt ist.

Warum kann es so viel kleiner sein? Nun, Galliumnitrid ist in der Lage, im Laufe der Zeit weitaus höhere Spannungen zu leiten als Silizium. GaN ist also nicht nur effizienter bei der Stromübertragung, sondern bedeutet auch, dass weniger Energie durch Wärme verloren geht. Das liegt daran, dass Komponenten die Energie effizienter an Ihre Geräte weiterleiten und daher weniger davon benötigen.

Die Verwendung von GaN bietet noch weitere Vorteile, wie z. B. eine höhere Schaltfrequenz, die eine schnellere drahtlose Energieübertragung und größere „Luftspalte“ zwischen Ladegerät und Gerät ermöglicht.

Derzeit sind GaN-Halbleiter teurer als Silizium-Halbleiter. Aufgrund der verbesserten Effizienz besteht jedoch eine geringere Abhängigkeit von zusätzlichen Materialien. Dazu gehören Dinge wie Kühlkörper, Filter und Schaltkreiselemente. Ein Hersteller schätzt, dass die Kosteneinsparungen in diesem Bereich etwa 10–20 % betragen. Und das könnte sich noch verbessern, sobald GaN-Halbleiter in größerem Maßstab hergestellt werden.

Und ein Vorteil, an den Sie vielleicht nicht denken, ist eine niedrigere Stromrechnung. Da Ihr Ladegerät effizienter ist, wird weniger Energie verschwendet. Sie werden keine großen Auswirkungen bemerken und möglicherweise nicht einmal Auswirkungen auf Ihre Rechnung. Aber es hilft uns, umweltfreundlicher zu sein.

Was sind die besten Galliumnitrid-Ladegeräte, die heute erhältlich sind?

Anker war eines der ersten Unternehmen, das Galliumnitrid für seine Ladegeräte wirklich einsetzte. Und mittlerweile gibt es viele, viele Ladegeräte, die GaN verwenden. Aber sie sind nicht allein. Hier sind drei großartige GaN-Ladegeräte, die Sie noch heute kaufen können.

Spigen 40W Dual USB-C Ladegerät

Dieses Ladegerät von Spigen ist ein Dual-USB-C-Ladegerät, das insgesamt 40 W oder 30 W an jedem Anschluss ausgeben kann. Laut Spigen ist dieses Ladegerät etwa 40 % kleiner als die meisten anderen 40-W-USB-C-Ladegeräte auf dem Markt. Es ist außerdem kühler und etwa 3,1-mal schneller.

Spigen 40W USB-C-Ladegerät – Amazon

Anker Nano II Ladegerät

Anker hat ein ziemlich beeindruckendes 65-W-Ladegerät, das mit GaN hergestellt wird. Dieses Ladegerät hier hat ungefähr die gleiche Größe wie das 5-W-Ladegerät, das Apple bis zum iPhone 12 im Jahr 2020 mit seinen iPhones ausgeliefert hat. Das ist ziemlich beeindruckend. Und es kann mit dieser 65-W-Geschwindigkeit für Ihre Smartphones, Tablets und sogar Laptops verwendet werden.

Anker Nano II Ladegerät – Amazon

UGREEN Nexode 100W USB-C Ladegerät

Nun hat auch UGREEN den GaN-Trend schnell erkannt. Dies ist das Nexode 100-W-Ladegerät und es verfügt über drei USB-C-Anschlüsse sowie einen USB-A-Anschluss. Es kann bis zu 100 W über jeden der USB-C-Anschlüsse liefern, aber je mehr Dinge Sie anschließen, desto langsamer funktioniert es. Denken Sie also hier daran.

UGREEN Nexode 100W USB-C Ladegerät

Warum gibt es noch Silikonladegeräte?

Wie bei allem kommt es auch hier auf das Geld an.

Da wir schon so lange Halbleiter aus Silizium herstellen, sind die Kosten viel niedriger als bei Galliumnitrid. Das liegt daran, dass noch nicht viel mit GaN hergestellt wird. Es handelt sich meist nur um Ladegeräte, ganz zu schweigen davon, dass derzeit nur wenige Ladegerätehersteller mit GaN produzieren.

Derzeit verwenden nicht viele Ladegerätehersteller GaN, aber das wird sich in den nächsten Jahren wahrscheinlich ändern. Immer mehr Menschen wollen unter anderem GaN-Ladegeräte sehen. Immer mehr Menschen erkennen die Eigenschaften von Galliumnitrid.

Kann GaN für mehr als nur das Laden verwendet werden?

Galliumnitrid beschränkt sich nicht nur auf das Laden; Dort hat es bisher den größten Effekt erzielt. Wie bereits erwähnt, wurde GaN in den 1990er Jahren hauptsächlich bei LEDs eingesetzt. Auch Blu-ray-Player nutzten ihn als GaN-basierten blauen Laser. Der Laser hatte eine kürzere Wellenlänge von 405 nm, wodurch er Informationen näher und präziser lesen konnte. Aus diesem Grund können Blu-ray-Discs im Vergleich zu DVDs mehr Informationen speichern.

Seit 2010 wird GaN in militärischen Anwendungen eingesetzt. Der Einbau in aktive elektronisch gescannte Array-Radare ermöglichte es der US-Armee, Systeme mit besserer Mobilität und geringeren Kosten einzusetzen und gleichzeitig weniger Personal zu benötigen.

Wir könnten sehen, dass GaN in anderen Chips verwendet wird, beispielsweise in den Halbleitern, die Ihr Smartphone oder Ihren Computer mit Strom versorgen. Aber das liegt noch in weiter Ferne, und ehrlich gesagt wird es wahrscheinlich das Letzte sein, wofür GaN verwendet wird. Die meisten Dinge werden jedoch von Silizium auf GaN umgestellt; Die Frage ist nur, wie lange wird es dauern?

Galliumnitrid ist die Zukunft

Es ist ganz klar, dass die Vorteile von Galliumnitrid die von Silizium bei weitem überwiegen. Das Einzige, was derzeit wirklich im Weg steht, sind die Herstellungskosten. Aber wir haben bereits gesehen, dass einige der größeren Player in der Technologiebranche begonnen haben, bei ihren Ladegeräten auf GaN umzusteigen.

Beispielsweise verwendet Apple GaN für sein Ladegerät, das dem MacBook Pro 16 beiliegt. Auch wenn es nur ein Ladegerät von Apple ist, ist das ein Anfang und ein Schritt in die richtige Richtung.

Es gibt heute eine kleine Anzahl von USB-C-Ladegeräten auf dem Markt, aber diese werden wahrscheinlich nicht lange halten.