140W도 한 손에 쏙, 고출력 충전기가 작아진 이유

예전 노트북 충전기를 떠올려 보면 큼직한 어댑터와 긴 전원 케이블이 먼저 생각납니다.
그런데 요즘은 스마트폰 충전기는 물론, 노트북까지 충전할 수 있는 65W·100W·140W 이상의 고출력 충전기도 한 손에 들어올 만큼 작아졌습니다.

출력은 오히려 높아졌는데 충전기는 왜 점점 작아지는 걸까요?
그 변화의 중심에는 GaN(질화갈륨)이라는 소재가 있습니다.

오늘은 최근 충전기에서 자주 볼 수 있는 GaN이 무엇인지, 그리고 어떻게 충전기의 소형화에 도움을 주는지 알아보겠습니다.

콘센트에 충전기를 꽂으면 전기가 그대로 스마트폰이나 노트북으로 전달된다고 생각하기 쉽습니다.
하지만 실제로 충전기는 콘센트에서 들어오는 교류(AC) 전력을 기기가 사용할 수 있는 직류(DC) 전력으로 변환하는 역할을 합니다.
이 과정에는 전압을 변환하고 전류를 제어하기 위한 다양한 부품이 필요합니다.
특히 충전기의 전력 변환 과정에서 중요한 역할을 하는 것이 전력 반도체입니다.
충전기의 출력이 높아질수록 처리해야 하는 전력도 커지기 때문에 효율과 발열, 내부 부품 배치 등을 함께 고려해야 합니다.
과거 고출력 충전기의 크기가 커질 수밖에 없었던 이유 중 하나입니다.

오랫동안 전자기기의 전력 반도체에는 실리콘(Si)이 널리 사용되어 왔습니다.
실리콘은 안정성과 생산성 등이 검증된 대표적인 반도체 소재지만, 더 높은 출력과 더 작은 크기를 동시에 요구하는 충전기 시장에서는 새로운 소재가 주목받기 시작했습니다.

바로 GaN(Gallium Nitride), 질화갈륨입니다.
GaN은 사실 충전기의 이름이나 충전 규격을 뜻하는 것이 아닙니다. USB PD처럼 충전 방식을 의미하는 것도 아닙니다.
쉽게 말하면 충전기 내부 전력 반도체에 활용되는 소재라고 이해하면 됩니다.

GaN이 충전기에 활용되는 가장 큰 이유 중 하나는 고주파 스위칭에 유리한 특성에 있습니다.

충전기 내부의 전력 반도체는 매우 빠르게 전원을 켰다 껐다 하는 스위칭 동작을 반복하며 전력을 변환합니다.
GaN 기반 전력 반도체는 높은 스위칭 주파수에서 효율적인 동작이 가능하기 때문에 전력 변환 회로를 보다 고밀도로 설계하는 데 유리합니다.

쉽게 표현하면, 높은 출력을 처리하는 충전기를 더 작은 공간에 설계할 수 있게 된 것입니다.
그래서 GaN 기술이 본격적으로 충전기에 적용되면서 고출력 충전기의 크기도 빠르게 줄어들 수 있었습니다.

여기서 조금 더 들어가 보겠습니다.

충전기 안에는 전력 반도체만 들어가는 것이 아닙니다. 변압기와 인덕터, 커패시터 등 여러 부품이 함께 구성됩니다.
전력 변환 회로의 스위칭 주파수를 높이면 일부 수동 부품을 보다 작게 설계할 수 있는 여지가 생깁니다.
결과적으로 내부 공간을 효율적으로 구성할 수 있고 충전기 전체 크기를 줄이는 데 도움이 됩니다.

즉, GaN 적용 → 높은 스위칭 주파수에 유리 → 고밀도 전력 설계에 유리 → 충전기 소형화 정도로 이해하면 쉽습니다.
다만 GaN 하나만 사용한다고 충전기가 무조건 작아지는 것은 아닙니다.

실제 제품의 크기와 효율, 발열 특성은 회로 설계와 부품 구성, 방열 구조 등 여러 요소에 의해 결정됩니다.

GaN 충전기의 재미있는 점은 단순히 ‘작은 충전기’를 만드는 데 그치지 않는다는 것입니다.
최근에는 작은 크기 안에서도 65W, 100W를 넘어 140W 이상의 고출력을 지원하는 충전기를 쉽게 찾아볼 수 있습니다.

여기에 USB PD와 USB PD 3.1 같은 고속충전 규격이 더해지면서 스마트폰뿐 아니라 태블릿과 노트북까지 USB-C 충전기 하나로 사용하는 환경도 확대됐습니다.
예전에는 노트북용 대형 어댑터와 스마트폰 충전기를 따로 챙겼다면, 이제는 사용 환경에 따라 고출력 GaN 충전기 하나로 휴대해야 할 충전기를 줄이는 것도 가능해진 것이죠.

GaN의 장점은 멀티포트 충전기에서도 체감하기 쉽습니다.

노트북, 태블릿, 스마트폰, 스마트워치 등 사용하는 기기가 늘어나면서 여러 개의 충전기를 사용하는 대신 하나의 멀티충전기에 연결하는 경우가 많아졌습니다.
하지만 포트와 총출력이 늘어날수록 충전기가 지나치게 커지면 휴대성과 공간 활용성이 떨어집니다.
GaN을 활용한 고밀도 설계는 이러한 멀티충전기를 보다 컴팩트하게 구성하는 데에도 유리합니다.

덕분에 최근에는 여러 개의 USB-C 포트와 높은 총출력을 갖추면서도 데스크 위나 가방 속에서 차지하는 공간을 줄인 제품들을 만나볼 수 있습니다.

아트뮤 충전기 라인업 역시 GaN 기반으로 구성되어 있습니다.

스마트폰을 위한 컴팩트 충전기부터 노트북과 태블릿까지 함께 활용할 수 있는 고출력 충전기, 여러 기기를 동시에 연결할 수 있는 멀티포트 충전기까지 사용 환경에 따라 선택할 수 있습니다. 특히 매일 충전기를 들고 다니는 사용자라면 단순히 ‘몇 W인가?’만 확인하기보다 크기와 무게, 포트 구성까지 함께 살펴보는 것이 좋습니다.

노트북용이라면 높은 단일 출력이 중요할 수 있고, 데스크에서 여러 기기를 사용한다면 단일 출력보다는 포트 수와 총 출력이 더 중요한 선택 기준이 될 수 있기 때문입니다.

예전보다 훨씬 높은 출력을 지원하면서도 충전기가 작아질 수 있었던 것은 단순히 외형 디자인이 바뀌었기 때문만은 아닙니다.
그 안에는 GaN을 비롯한 전력 반도체 기술과 회로 설계의 발전이 있습니다.

더 높은 출력은 필요하지만 충전기는 더 작고 가벼웠으면 하는 것.
스마트폰부터 노트북까지 하나의 USB-C 충전 환경으로 연결되는 지금,
어쩌면 당연해 보이는 이 요구를 가능하게 만드는 기술 중 하나가 바로 GaN입니다.

다음에 충전기를 고를 때는 W 숫자만 보는 대신 ‘GaN이 왜 사용됐을까?’, 그리고 내게 필요한 출력과 포트 구성은 무엇인지 함께 살펴보세요.
작은 충전기 하나에도 생각보다 많은 기술이 담겨 있습니다.