전자제품 충전기는 어떻게 크기는 작아지면서 출력은 좋아졌나요?

Question

전자제품 충전기를 보면 크기는 점점 작아지는데 출력은 오히려 더 높아지고 있습니다. 최근 충전기가 이렇게 작아질 수 있었던 가장 큰 기술 변화가 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

최근 충전기의 크기는 줄이면서 출력을 획기적으로 높인 핵심 혁신은 질화갈륨 반도체 도입 덕분이라고 할수 있습니다 기존의 실리콘 반도체보다 전력 효율과 열 안정성이 뛰어난 GaN 소자는 전기를 빠르게 전환하면서도 에너지 손실과 발열을 크게 낮춰줍니다. 이 덕분에 열을 식히기 위해 필요했던 대형 히트싱크나 내부 공간을 줄이고 부품 간격을 조밀하게 배치할 수 있어 부피는 획기적으로 줄고 출력은 대폭 향상되었습니다

Answer 2

안녕하세요. 설효훈 전문가입니다. 실리콘 소재의 반도체에서 질화갈륨 반도체로 변한것이라고 합니다. 이전에 실리콘의 경우 전자 이동이 느리고 고주파수에서 전력 변환이 어렵다 보니깐 내부 전압과 전류를 조절하는 부품들의 크기가 컷습니다. 그런데 고주파수에서 변환이 가능하고 전자도 빠르게 이동이 가능한 질화갈륨 반도체가 도입된 것입니다. 그리고 또 전기가 통과할때 전기 사용 효율이 95%이상이다보니깐 저항에 의해서 발생되는 열이 적습니다. 이말은 결국 열이 발생이 적어서 열을 뺴내기 위한 방열판등의 추가 부품이 필요 없다는 것입니다. 그래서 가능한 것입니다. 

Answer 3

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.

가장 큰 변화는 기존의 실리콘 기반의 전력반도체 대신에 요즘에는 GaN 전력반도체를 사용하기 시작한 것이 큰 변화로 보입니다.

GaN 소자는 기존 실리콘 소자 대비 전기를 훨씬 빠르게 켜고 끌수도 있고, 작동할 때 발생하는 손실과 열도 적어 효율이 상당히 우수합니다. 이 때문에 고출력의 충전기 제작이 가능해졌고, 여기에 부품을 촘촘하게 배치하는 기술과 USB PD처럼 기기에 맞춰 전압을 조절하는 기술이 더해지면서 점점 작아지면서도 출력이 좋아질 수 있었던 것 같습니다.

물론 크기가 작을수록 내부 온도 관리가 중요하기 때문에, 안전 인증을 받은 제품을 사용하는 것이 좋을 것 같습니다. 충전기가 작아진 핵심은 단순한 부품 축보보다도 GaN 이라는 소재와 고주파 전력 변확 기술의 발전이 이루어낸 결과로 볼 수 있습니다.

Answer 4

안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.

요즘에 충전기가 작아진 핵심 비결은 질화갈륨이라는 신소재 반도체 덕분입니다. 기존에는 실리콘 소재를 썼는데 이건 전력 손실도 많고 발열 문제도 많기 때문에 부품 크기를 줄이는데 한계가 있었습니다. 반면에 질화갈륨은 전력 효율이 워낙 뛰어나서 스위칭 속도도 빠르고 열도 적게 나죠. 덕분에 내부 방열 부품이나 트랜스포머 크기를 대폭 줄일 수 있었습니다. 결과적으로는 몸집은 작으면서 출력은 높게 내고 안전하게 뿜어낼 수 있는 구조가 된것입니다.