从大而笨重到小而轻便，电源适配器也在 “改朝换代”

在科技产品日新月异的发展进程中，电源适配器这一不起眼却又至关重要的配件，也正经历着深刻的变革。从早期大而笨重的形态，逐渐向小而轻便转变，这场 “改朝换代” 背后，是技术不断革新的强大驱动力。

电源适配器的发展，最初源于电子设备对稳定电源的需求。早期的电源适配器，采用的是线性电源技术，其核心为工频变压器和整流滤波电路。这种设计结构简单，稳定性较高，在收音机、早期通信设备等产品中广泛应用。然而，它的缺点也十分明显，体积庞大且效率低下，电能转换效率仅在 40%-60% 之间。以早期为 “大哥大” 供电的充电器为例，其充电套件中的适配器部分又大又重，给用户的携带和使用带来极大不便，而且充电速度缓慢，充电十小时仅能通话半小时。

1980 年代中期，日本东芝公司首次将开关电源技术应用于笔记本电脑外置电源，这一创举成为现代电源适配器发展的重要里程碑。开关电源技术通过高频开关动作，将交流电转换为直流电，解决了传统线性电源体积大和散热的难题，大幅提高了电源转换效率，电能转换效率可提升至 70%-90%，为电源适配器的小型化发展奠定了基础。随后，随着技术的进一步发展，欧洲在 90 年代末推出了电源转换效率(如 80Plus 标准)和待机功耗规范，这些规范促使电源适配器朝着高频化、小型化方向加速发展。开关频率从 kHz 级提升至 MHz 级，新型磁性材料如锰锌铁氧体的应用，以及 SMT 贴片工艺的普及，都进一步缩小了电源适配器的体积。

进入 21 世纪，消费电子市场的蓬勃发展对电源适配器的小型化和便携化提出了更高要求。2001 年，苹果公司推出轻量化适配器，其简约时尚的外观设计引领了行业潮流，让人们开始关注电源适配器的外观设计。2010 年前后，万能笔记本充电器的出现，实现了跨品牌兼容，使适配器进入了 “便携化 + 通用化” 时代，进一步满足了用户多样化的需求。与此同时，环保意识的增强也推动着电源适配器行业的变革。欧盟 RoHS 指令限制有害物质使用，厂商纷纷转向无卤素材料;模块化设计如可拆卸插头等，延长了产品寿命，减少了电子垃圾的产生。

在众多推动电源适配器小型化的技术中，氮化镓(GaN)技术的出现无疑是一场革命性的突破。传统的硅基功率器件在发展过程中逐渐遇到瓶颈，尽管效率有所提升，但尺寸缩小的步伐变得缓慢，30 年间仅提升了不到 10%。而氮化镓作为一种新型半导体材料，具有更高的电子迁移率，能够在更高的频率下工作，且导通电阻更低，这使得基于氮化镓的功率器件在实现高效电能转换的同时，能够显著减小尺寸。

德州仪器在 2023 年发布的低功耗氮化镓系列新品，可助力工程师开发系统尺寸减半且效率超过 95% 的交流 / 直流解决方案。该系列产品集成了栅极驱动器，解决了常见的散热设计问题，既能让适配器保持凉爽，又能在更小的尺寸中提供更高功率。与硅基解决方案相比，全新器件可帮助设计人员将典型 67W 电源适配器解决方案的尺寸缩小多达 50%。纳微(Navitas)通过开发 AllGaNTM 新型功率芯片，成功地结合了高速度和高效率。传统的硅材料在速度和效率之间存在权衡，而 AllGaNTM 通过采用有源钳位反激(ACF)拓扑结构，将驱动器与 GaN 器件集成在一起，打破了这个局限。这使得开关速度提升至 400MHz，比传统设计快 3 至 4 倍，同时降低了 40% 的损耗，提高了 5 倍的密度，降低了 20% 的系统成本，从而实现了电源适配器的小型化和成本优化。

除了氮化镓技术，高集成度方案也为电源适配器的小型化做出了重要贡献。早期的多口充电器普遍采用 “多变压器堆叠 + 后级降压” 的架构，体积大、成本高且效率低。主流的多口充电器采用 “单变压器 + 多路降压” 的架构，虽减少了变压器数量，但后级降压仍需要大量分立元件，导致体积和成本增加。南芯科技与 Power Integrations 推出的方案摒弃了传统的后级 DC‑DC 降压环节，实现 “单级拓扑一变多出”。南芯的 SIMO 架构通过深度集成的控制策略和高频单变压器实现多路独立输出，自研主控芯片集成了多种功能，从源头上大幅简化外围电路设计，无需额外的 DC‑DC 控制器及采样电阻、负载开关等，系统 BOM 大幅精简，整体体积可缩减约 30%。PI 的 InnoMux‑2 离线反激开关芯片内建多路输出管理，可独立稳压各口，完全消除后级 DC-DC 模块，使效率稳定在 90% 以上，同时大幅减少元器件数量和占板面积。

如今，市场上已经涌现出了众多小巧轻便的电源适配器产品。联想拯救者与镓未来合作推出的 245W 氮化镓充电器，凭借镓未来集成式 Cascode 氮化镓功率器件的加持，比联想原装 230W 方口适配器体积缩小约 40%，功率密度达到 1.10W/cm³，却拥有 245W 巅峰输出，30 分钟即可给拯救者 Y7000 系列游戏本电量从 0% 超快冲至 90%。以爱兰博、瑞嘉达为代表的深圳供应链企业推出的 45W 至 70W 超薄充电器，厚度普遍控制在 12 - 15 毫米区间，折叠插脚设计让产品可轻松放入牛仔裤口袋。瑞嘉达 RWD65L 更是以 10.8 毫米的极致厚度刷新行业认知，且保持着 65W 的澎湃输出能力。OPPO 即将发布的 100W 小方瓶充电器，在保持卡片式外观的同时，采用橙色绝缘护套插脚，既符合新国标安全标准，又增添了时尚元素。

电源适配器从大而笨重到小而轻便的转变，是技术创新、市场需求和环保理念共同作用的结果。随着氮化镓等新型材料和高集成度方案的不断发展，以及对环保和兼容性要求的日益提高，未来的电源适配器将朝着更高效、更智能、更环保、更具兼容性的方向发展。我们有理由期待，电源适配器在为各种电子设备提供稳定电力的同时，能够更好地融入人们便捷的生活，成为科技进步的又一有力见证。