65W 氮化镓充电器能够为手机和电脑提供理想的快充体验,同时不需要 PFC,从成本和体积上都很有优势,是工厂和消费者选择的主力产品。随着近年来平面变压器技术的成熟,通过使用平面变压器取代传统绕线变压器,充电器从常规的方块形态进化成为饼干形态,更加便于携带。
智融科技推出了多款可用于氮化镓充电器的协议降压二合一芯片,在车充和氮化镓快充中应用非常广泛。智融推出了用于氮化镓开关管的初级主控芯片 SW1106,支持直驱增强型氮化镓开关管,进一步完善氮化镓快充产品线,致力于推出一站式氮化镓快充电源解决方案。
充电头网已经拿到了智融推出的 65W 饼干氮化镓快充方案,这款方案采用了智融推出的初级主控芯片和降压协议芯片,为固定电压输出,搭配二次降压电路实现多口快充,满足消费者多个设备同时充电的需求。下面就对这款氮化镓快充方案进行解析,看看是如何设计的。
src=智融 65W 3C 口快充方案不仅小巧扁平,而且配备多达 3 个 USB-C 接口,不仅满足消费者对于 饼干 充电器需求,更进一步提升该类产品的实用性,真正做到出门一个充电器就够。
src=模块正面安规电容、高压滤波电解电容横置,其中两个还套有黄色胶套绝缘保护。中心区域焊接平面变压器,输出端设有小板,三个 USB-C 母座全部焊接在小板上。
src=板子背面设有整流桥、开关电源初次级芯片、降压协议协议 IC 等器件,初次级分界明显。
src=此外 PDO 报文也相同,即三个 C 口均支持 65W 快充输出,单口输出性能完全一样,支持功率盲插。
src=电源 PCBA 模块侧面一览,右侧焊接输入保险丝和 EMI 电路以及滤波电容。
src=保险丝后面是黄色安规 X2 电容和共模电感,共模电感使用绝缘线和漆包线绕制。
src=充电器输入端没有焊接元件,为折叠插脚留有空间,元件放置在折叠插脚两侧的空间内部。
src=整流桥来自深圳市沃尔德实业有限公司,型号 WRLSB80M,这颗软桥通过较软的恢复曲线,比较平滑的关断特性,可以降低二极管结电容达到非常少的谐波振荡产生的效果。LSB 封装,拥有良好的散热特性,帮助中大瓦数适配器提升可靠性,单颗可做 60W+。
src=另外一颗电容来自 KNSCHA 科尼盛,经过整流和滤波后的直流电为开关电源初级供电。
src=用于高压启动电路的二极管,连接在交流输入上,同时还为安规 X2 电容放电。
src=充电器初级主控芯片来自智融,型号为 SW1106,是一颗支持增强型氮化镓开关管直驱的高频反激准谐振控制器,芯片内部集成 700V 高压启动电路和 X 电容放电功能。芯片内部集成氮化镓驱动器,驱动电压为 6V,可直接驱动增强型氮化镓开关管。
SW1106 运行在带谷底锁定的谷底开启工作模式,并集成频率抖动功能以优化 EMI 性能,支持突发模式。供电采用双 VDD 供电设计,在输出电压 USB PD 宽输出场合降低控制器的功率损耗。
SW1106 内部集成输入电压保护,供电过压保护,输出过压保护,逐周期电流限制,过载保护,输出过流保护,电流取样电阻开路和短路保护,芯片内置过热保护,支持外接热敏电阻进行器件过热保护,保护功能全面。
src=智融 SW1106 采用 SSOP10 封装,支持氮化镓快充,充电器以及开关电源应用,这颗初级控制器的推出,一方面实现了氮化镓控制器的国产化替代,另外一方面也丰富了智融在快充电源的产品线。
src=与控制器搭配的氮化镓功率开关管是英诺赛科 INN650D150A,这是一颗耐压 650V 的增强型氮化镓高压单管,瞬态耐压 750V,导阻 150m Ω,采用 DFN8*8 封装。右侧两颗 0.27 Ω 电阻并联,用于初级电流检测。
src=INN650D150A 支持超高开关频率,无反向恢复电荷,具有极低的栅极电荷和输出电荷,符合 JEDEC 标准的工业应用要求,内置 ESD 保护,符合 RoHS、无铅、欧盟 REACH 法规。
src=用于反激的 RCD 吸收电路,由二极管,电阻和电容组成,吸收变压器初级绕组的漏感能量。
src=同步整流控制器采用 MPS MP6908A,最高工作频率 600KHz,支持 DCM/CCM/QR 准谐振工作模式,内置振铃检测防止 DCM 和 QR 运行下误开通,支持逻辑电压和标准电压同步整流管。
src=次级滤波固态电容来自瑞隆,规格为 470 μ F 25V,将同步整流输出滤波,为二次降压电路供电。
src=充电器次级采用两颗 4.7 μ H 降压电感,为两路二次降压电路,分别对应三个输出接口,可实现单口 65W 功率盲插,双口功率智能分配。
src=输出二次降压电路一览,分别有两颗降压协议芯片与对应的降压管和 VBUS 开关管。
src=这款充电器的二次降压方案采用智融新发布的 SW3556 解决方案,这款芯片支持双 USB-C 接口降压控制,内部集成多种快充协议,支持 7A 大电流输出,并支持双口功率盲插和独立限流。SW3556 支持驱动低压氮化镓开关管,可进一步提升降压电路效率,减小充电器的体积与散热要求。
src=智融 SW3556 为同步整流降压拓扑,支持 40V 输入,内置同步整流降压控制器,搭配使用硅 MOS 或氮化镓开关管、电感电容等简单的外围器件,即可实现 140W 大功率输出。内置的降压控制器开关频率为 125KHz,支持 PFM/PWM 模式运行以优化转换效率。
此外,智融 SW3556 支持引脚外接电阻来配置输出功率以及动态功率分配,在开发多口快充电源产品时无需外置单片机,以此实现更精简的外围并降低成本。适用于车载充电器、多口充电器、插排等产品领域。
src=用于二次同步降压电路的 MOS 管来自智融科技,丝印 SWT40N45。
src=输出接口垂直焊接在小板上,小板再焊接到充电器主板上,座子与主板平行。
下面来看看智融的超薄快充方案对于设备的充电兼容性如何,因为充电器配备的 3 个接口在独立使用时的性能相同,所以此次仅测试一个 USB-C 接口。
src=受限于篇幅的原因无法将所有的测试数据一一展现出来,所以最后将测试的数据汇总成表。整体来看,在参与测试的手机、平板电脑、游戏机、笔记本电脑等数十台设备中都可以触发快充,部分手机充电功率甚至可以达到 50W+,65W 的功率也可以满足平板电脑以及部分笔记本电脑的快充需求。
src=柱状图部分,笔记本电脑和部分安卓机型的功率排在前面,其他设备的功率柱状图依次递减。
智融最新推出的这款 65W 三口快充方案基于智融推出的氮化镓主控芯片 SW1106 开发,这款芯片内置氮化镓驱动器,可以直驱目前广泛应用的英诺赛科等品牌氮化镓开关管,支持高压启动以及分段供电,满足氮化镓快充应用。这款方案还采用了平面变压器,借助氮化镓技术高频高效的特性,实现了超薄的机身设计。
整个方案的 AC-DC 部分设计得非常紧凑;此外在次级侧通过两颗智融 SW3556 芯片实现两路降压和协议识别功能,无需外置 MCU 即可实现双路协调控制,高度集成的芯片设计同样实现了精简的外围电路,仅需搭配几颗降压 MOS 和 VBUS 开关管,减少 PCB 板占板面积。同时两颗芯片可以协同实现功率智能分配,满足任一单口输出 65W、双口或三口输出功率智能分配,实现了对电源功率的充分应用。
这颗初级控制器的推出,一方面实现了氮化镓控制器的国产化替代,为氮化镓快充提供新的解决方案,减少缺货造成的损失。另外一方面也丰富了智融在快充电源的产品线,实现初次级的芯片供应,简化采购流程。