최근 10년간 스마트폰이나 웨어러블 기기만큼 주목받지 못했던 충전기 시장에 GaN(질화갈륨) 등 3세대 반도체 기술과 지능형 전력 분배 기술이 도입되며 조용한 혁명이 일어나고 있습니다. 이제 충전기는 단순한 액세서리를 넘어 다수의 기기를 안전하고 빠르게 충전하는 디지털 라이프스타일의 핵심 인프라로 자리 잡고 있습니다. Anker 등 주요 제조사들은 GaN 기술의 고도화, SiC(탄화규소) 도입, 그리고 초소형 및 스마트 설계를 통해 수백억 개의 사물인터넷(IoT) 기기를 감당할 차세대 충전 생태계를 구축해 나가고 있습니다.
번역된 본문
후원: Anker와 파트너십으로 제작됨
스마트폰, 태블릿, 웨어러블 기기에서보다 그 변화가 덜 두드러질지 모르지만, 충전기 역시 지난 10년 동안 조용히 재발명되어 왔습니다. 한때 꼬인 케이블과 커넥터가 뒤엉켜 있고 속도가 느리며 과열되기 쉬웠던 덩치 큰 기기들이 일련의 기술 발전 덕분에 이제는 더 작고, 안전하며, 빨라졌습니다. 이러한 발전에는 질화갈륨(GaN)으로의 전환이 포함됩니다. 이제 GaN은 실리콘을 대체하여 선호되는 반도체로 자리 잡았으며, 더 높은 전압을 처리하고 더 빠른 스위칭과 더 효율적인 전도를 가능하게 합니다. 업계 전반의 USB-C 표준화와 결합된 멀티 포트 충전기는 단 하나의 충전기로 여러 기기를 충전할 수 있게 해줍니다. 또한 전력을 동적으로 분배하고 자율적인 안전 점검을 수행할 수 있는 초기 스마트 충전기들도 시장에 서서히 등장하고 있습니다. 이 모든 것이 결합하여 충전기가 단순한 주변 액세서리가 아닌 차별화된 독립적인 기기로 자리매김하게 만들었습니다. 하지만 제조사들은 충전기가 현재 약 200억 대의 기기로 구성된 IoT 분석 데이터에 기반한 연결된 생태계의 요구를 수용하려면 아직 갈 길이 멀다고 말합니다.
Anker Innovations의 북미 총괄인 마리오 우(Mario Wu)는 "충전 제품은 액세서리에서 핵심 구성 요소로 근본적인 정체성 전환을 겪고 있다"며, "이는 단순한 기능적 업그레이드가 아닙니다. 이는 더 광범위한 디지털 라이프스타일 생태계 내에서 충전의 역할을 재정립하는 것입니다. 충전이 일상화됨에 따라 충전기는 더 이상 기기의 부속품이 아니라 모든 디지털 경험의 기반이 되는 인프라입니다."라고 말합니다.
성능의 핵심 기둥
미래의 충전에 대한 이러한 비전이 야심 찬 것처럼 들린다면, 이를 뒷받침하는 구체적인 발전도 존재합니다. 새롭게 개선된 반도체는 이미 전력과 성능을 강화하고 있으며, 시스템 아키텍처에 대한 획기적인 변화를 통해 GaN이 가져온 이점을 더욱 발전시키고 있습니다. 우 총괄은 Anker가 급변하는 기술을 활용하기 위해 GaNPrime 2.0을 출시했다고 설명합니다. 이는 GaN 소재를 더 높은 주파수의 컨트롤러 및 기타 전력 장치와 결합하여 더 높은 전력 출력과 낮은 발열을 달성합니다.
예를 들어, 멀티 레벨 벅 컨버터(Multi-level buck converter)를 추가하면 전압 변환이 단순한 이진법적 켜기/끄기 방식에서 여러 개의 더 작은 단계로 이루어지며, 이는 더 부드러운 전환을 만들고 부품에 가해지는 스트레스를 줄여줍니다. Anker의 독자적인 제어 알고리즘과 결합하여, 이는 동시에 더 콤팩트한 제품 설계와 에너지 손실 감소를 달성합니다. 우 총괄은 이러한 변화 덕분에 2차 전력 변환의 효율이 이제 99.5%를 넘어섰으며, 일부 제품은 단일 포트에서 성능 저하 없이 140와트를 유지할 수 있다고 말합니다.
그는 또한 "기존 방식에서는 3개의 개별 충전기를 사용했을 수 있으며, 이는 대략 210와트의 전력을 합산하게 됩니다."라며, "하지만 PowerIQ 5.0을 탑재한 Anker의 Prime 160W 충전기는 전력을 고정하지 않고 미사용 용량을 동적으로 재할당하기 때문에 거의 같은 시간에 동일한 3대의 기기를 충전할 수 있습니다."라고 덧붙입니다.
하지만 GaNPrime 2.0이 현재 아키텍처의 수준을 보여준다면, 그것이 결코 종착지는 아닙니다. 우 총괄은 "차세대 GaN 개발은 더 높은 주파수 스위칭에 초점을 맞추고 있습니다. 소재 및 제어 기술의 돌파구와 결합할 경우, 더 높은 스위칭 주파수는 에너지 손실을 줄이고 변환 효율을 개선하며 훨씬 더 콤팩트한 디자인을 가능하게 합니다."라고 말합니다.
탄화규소(SiC)와 같은 다른 3세대 반도체들도 한몫할 것입니다. 이미 전기차 인버터와 산업용 전력 시스템에 대규모로 배치된 바 있는 SiC는 우 총괄의 설명에 따르면 "고온에서의 뛰어난 안정성과 고전압 및 고전력 애플리케이션에 대한 신뢰할 수 있는 지원"을 제공할 수 있습니다. SiC를 활용한 회로 설계를 개선하여 소형 기기에 맞게 콤팩트하고 비용 효율적으로 만드는 것은 지금까지 걸림돌로 증명되었지만, 제조가 확장됨에 따라 이 소재가 "점점 더 유망한 방향"이 될 것이라고 그는 기대하고 있습니다.
한계의 극복
소비자들은 기기 충전기의 휴대성을 요구합니다. 그들은 충전기가 원하는 곳 어디서나 쉽게 휴대할 수 있기를 바랍니다.
Sponsored In partnership with Anker The changes may be less perceptible than in smartphones, tablets, or wearables, but chargers have also been quietly reinvented over the last decade. At one time a bulky mix of tangled cables and connectors, slow to perform and prone to overheating, they’re now smaller, safer, and faster, thanks to a slew of technological advances. These advances include a switch to gallium nitride (GaN), which has now usurped silicon as the preferred semiconductor, capable of handling higher voltages, faster switches, and more efficient conduction. Multi-port chargers, coupled with an industry-wide shift toward USB-C standardization, mean a single charger can handle multiple devices. And early smart chargers are also trickling onto the market, able to dynamically distribute power and carry out autonomous safety checks. Combined, these have repositioned chargers as differentiated standalone devices, rather than peripheral accessories. But, manufacturers say there is much further to go if chargers are to accommodate the demands of a connected ecosystem now made up of an estimated 20 billion devices, according to IoT Analytics . “Charging products are undergoing a fundamental identity shift—from accessory to primary component,” says Mario Wu, general manager for North America at Anker Innovations. “This is not simply a functional upgrade; It is a repositioning of charging's role within the broader digital lifestyle ecosystem. As charging becomes normalized, the charger is no longer an appendage to your devices—it is the infrastructure underlying every digital experience.” Pillars of performance If this vision for the future of charging sounds ambitious, there are concrete advancements to back it up. Newly refined semiconductors are already bolstering power and performance, building on the gains delivered by GaN with some sweeping changes to systems architecture. To take advantage of the fast-moving technology, Anker launched GaNPrime 2.0, which combines GaN materials with higher-frequency controllers and other power devices, achieving higher power output and lower heat generation, explains Wu. For example, the addition of a multi-level buck converter converts voltage from a binary on/off pattern, to multiple, smaller steps that create smoother transitions and reduce stress on components. Combined with Anker's proprietary control algorithm, this simultaneously achieves a more compact product design and reduced energy loss. Changes such as this mean secondary-stage power conversion now reaches over 99.5%, says Wu, and some products can maintain 140 watts on a single port without falling below optimal levels. “In traditional setups, you might use three separate chargers—adding up to roughly 210 watts combined,” says Wu. “But Anker’s Prime 160W Charger with PowerIQ 5.0 can charge those same three devices in roughly the same time because it dynamically reallocates unused capacity instead of locking it in place.” But if GaNPrime 2.0 represents where the architecture stands today, it’s by no means the end point. Says Wu, “The next phase of GaN development focuses on higher frequency switching: When paired with breakthroughs in materials and control technology, higher switching frequency enables lower energy loss, improved conversion efficiency, and even more compact designs.” Other third-generation semiconductors like silicon carbide (SiC) will also have a role to play. Already deployed at scale in EV inverters and industrial power systems, Wu explains that SiC can deliver “exceptional, high-temperature stability and reliable support for high-voltage, high-power applications.” Improving circuit design using SiC to make it compact and cost-effective for smaller devices has proven a stumbling block until now, but Wu is hopeful that as manufacturing scales up, the material will become “an increasingly credible direction.” Without constraints Consumers also demand portability in their device charger. They want chargers without the spatial constraints of wires or surface-to-surface connection—or what’s known as imperceptible charging. Wireless charging innovations today go part of the way, but they’re based on the principle of magnetic coupling—i.e., only when transmitter and receiver coils are aligned is energy transfer efficient and stable. That means devices must be in contact with the charging pad surface. But research into technologies that use magnetic resonance and infrared are moving the dial. Best known for creating non-invasive imaging in health care via MRIs, magnetic resonance uses magnetic fields to allow energy transfer over greater distances by tuning transmitter and receiver coils to the same resonant frequency. Transmitters emit an oscillating magnetic field from which the receiver can extract energy even if coils are not perfectly aligned. This “significantly relaxes placement requirements for users, [but currently] the trade-off is reduced transmission efficiency,” says Wu. Infrared wireless charging also represents a meaningful area ripe for exploration, Wu adds. This sees infrared beams deliver energy to photovoltaic receivers on devices, with transmitters installable at any location so long as there is clear line-of-sight to the device. This enables wireless power delivery across meters rather than centimetres. He explains, “The core challenge it currently faces is further increasing power levels, and related research is ongoing.” Wu says Anker is engaged in technical exchanges with both universities and industry associations to find workarounds for these trade-offs. “Our strategy is to remain at the forefront: continuously tracking, conducting in-depth evaluations, and delivering the next generation of wireless charging technology to users the moment it matures and becomes viable.” Levelling up intelligence If the power, performance, and portability of chargers have made incremental gains in the last decade, though, then imbuing devices with smart capabilities is arguably more of a step change in what users might expect. Wu defines smart charging as “the shift from passive power delivery to active, adaptive energy management.” In short, if conventional chargers supply fixed current, then smart chargers can read device signals, monitor conditions, and adjust their output accordingly to optimize speed, safety, and efficiency. Some products on the market already hint at these possibilities. Next-gen chargers already deliver dynamic power allocation, for example, recognizing individual device IDs to adapt the distribution of power to multiple devices simultaneously. But in 10 years’ time, the goal is to create chargers that go much further, says Wu, capable of autonomously managing energy across multiple connected devices, communicating with users, and adaptively optimizing performance. “Smart charging will feel less like a feature and more like an invisible service—one where the system knows your devices better than you do: anticipating needs, intervening before battery degradation sets in, and managing the full energy picture across everything you own,” he summarizes. These future charging systems will understand each device’s specific needs and deliver the right charge, at the right moment, balancing longevity with performance, without the current trade-offs. A single device will serve an entire household, Wu believes, working imperceptibly in the background to balance multiple devices without spatial restraints. And they’ll proactively engage with users, too, providing feedback and updates via personable interfaces. That may sound highly conceptual, but it’s a far closer technological reality than you’d think, Wu insists. “The transition [to smart charging] is actively underway” and chargers will soon join the ranks of devices deemed indispensable for day-to-day life, albeit as understated as ever. This content was produced by Insights, the custom content arm of MIT Technology Review. It was not written by MIT Technology