前言
氮矽科技推出了一款65W氮化镓快充参考设计,这款参考设计具备2C1A输出接口,任一USB-C接口均支持65W快充输出。这款参考设计采用了氮矽科技最新推出的氮化镓集成控制器芯片 DXP8001FA,这款芯片内部集成了GaN HEMT 和控制器,大大降低了电路设计和调试难度。
同时这款芯片还支持宽供电电压范围,满足PD快充的输出电压范围,无需额外元器件进行供电,进一步简化了外围电路。下面充电头网就带来氮矽科技这款65W氮化镓集成快充方案的解析,一起来看看这款方案的设计。
氮矽65W氮化镓集成方案参考设计外观
氮矽科技65W参考设计侧面设有一块小板。
侧面小板焊接整流桥和同步整流电路,输出侧还焊接一块小板,焊接USB-C输出母座。
使用游标卡尺测得PCBA模块长度约为53.8mm。
宽度约为48.3mm。
厚度约为24mm。
测得参考设计重量约为65g。
给DEMO通电,使用ChargerLAB POWER-Z KM003C测得USB-C1口支持FCP、SCP、AFC、QC3.0/4+、SFCP、PE2.0、PD3.0、PPS、DCP、SAM 2A、Apple 2.4A充电协议。
PDO报文显示USB-C1口还具备5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A五组固定电压档位,以及3.3-11V5A一组PPS电压档位。
测得USB-C2口兼容协议和USB-C1口的一样。
此外PDO报文也相同,两个USB-C口单口输出性能一样,支持功率盲插。
最后测得USB-A口支持FCP、SCP、AFC、QC3.0、SFCP、PE2.0、DCP、SAM 2A、Apple 2.4A充电协议。
氮矽65W氮化镓集成方案参考设计解析
PCBA模块正面一览,左下角焊接输入保险丝,安规X2电容,底部小板焊接NTC热敏电阻,共模电感。左侧上方焊接高压滤波电容,右侧焊接变压器。右侧焊接输出降压小板,小板上焊接降压电感,滤波固态电容,底部小板焊接同步整流控制器和滤波固态电容。
PCBA模块背面焊接氮化镓集成控制器芯片,两颗贴片Y电容和反馈光耦。氮矽科技这款参考设计为65W输出功率,采用固定电压输出,搭配同步降压电路的设计架构。下面我们就从输入端开始解析这款参考设计。
PCBA模块输入端一览,左侧焊接高压滤波电容,右侧焊接保险丝,安规X2电容和NTC热敏电阻。
输入端保险丝外套热缩管绝缘。
安规X2电容来自科尼盛,规格为0.22μF。
NTC热敏电阻丝印3D-7,用于抑制上电的浪涌电流。
共模电感采用漆包线和绝缘线绕制。
PCBA模块侧面小板焊接两颗整流桥,同步整流控制器和同步整流管。
输入端两颗WRMSB40M整流桥来自深圳市沃尔德实业有限公司,规格为4A 1000V。WRMSB40M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。
沃尔德 WRMSB40M 详细资料。
充电头网了解到,沃尔德软桥还被OPPO 50W饼干氮化镓快充、鸿达顺65W 氮化镓充电器、飞频65W USB PD氮化镓充电器、ROCK 65W氮化镓充电器、麦多多65W氮化镓充电器、麦多多30W 1A1C快充充电器等多款产品采用,性能获得客户的一致认可。
在整流桥小板后面焊接一颗高压滤波电容,来自永铭。
高压滤波电容规格为27μF400V。
在输入保险丝后面是差模电感,外套热缩管绝缘。
另外四颗滤波电容规格相同,均为27μF400V,总滤波电容容量为135μF。
这款参考设计的核心元件来自氮矽科技,是一颗氮化镓集成控制器芯片,型号DXP8001FA。芯片内部集成650V 165mΩ氮化镓开关管和高频反激控制器,用于PD快充适配器应用。芯片支持9-85V供电电压范围,覆盖PPS和PD快充的3.3-21V输出电压,无需额外的供电绕组和降压电路。
氮矽科技 DXP8001FA采用自适应多模式控制,支持DCM和QR工作模式,并支持突发模式提升能效。芯片内部集成丰富的保护功能,包括输出过电压保护,供电过电压保护,BROWN IN/OUT保护,取样电阻短路保护。
氮矽科技 DXP8001FA采用DFN8*8封装,有效降低芯片温升。通过集成氮化镓开关管和控制器,提升了转换效率,功率密度,可靠性以及开关频率,降低寄生参数对系统的影响,并减少元件数量,简化快充电源设计。
氮矽科技 DXP8001FA 资料信息。
变压器磁芯采用胶带严密缠绕绝缘。
贴片Y电容来自四川特锐祥科技股份有限公司,具有体积小、重量轻等特色,非常适合应用于氮化镓快充这类高密度电源产品中。料号为TMY1102M,下方一颗料号为TMY1222M。
特锐祥专注于被动元器件的研发、生产及销售,注册资本1亿元。旗下有自主电容品牌两类:SMD TRX及DIP TY电容器,TRX将致力于陶瓷材料的研究,以拓展更多品类的应用,为客户提供更多的解决方案。
充电头网了解到,特锐祥贴片Y电容除了被倍思高通QC5认证100W氮化镓快充、麦多多100W氮化镓、OPPO 65W超级闪充氮化镓充电器、联想90W氮化镓快充、努比亚65W氮化镓充电器、倍思120W氮化镓+碳化硅PD快充充电器等数十款大功率充电器使用外,也可应用于海陆通、第一卫、贝尔金等品牌20W迷你快充上,性能获得客户一致认可。
亿光 EL1019光耦用于输出电压反馈。
同步整流控制器丝印IBHJN,实际型号为MP6908A,来自MPS芯源半导体,最高工作频率600KHz。支持DCM、CCM、QR、ACF多种工作模式,支持高侧和低侧应用,具备振铃检测防止误开通。
同步整流管来自维安,型号WMB072N12LG2,NMOS 耐压120V,导阻5.4mΩ,采用PDFN5060-8L封装。
输出滤波电容外套红色绝缘套管。
输出端焊接降压小板,小板焊接USB-C母座,同步降压开关管,滤波固态电容。
小板背面焊接降压电感。
两路降压电路主控芯片均采用智融SW3516H,用于进行降压控制和协议识别。智融SW3516H是一款高集成度的多快充协议双口充电芯片,支持A+C口任意口快充输出,支持双口独立限流。
SW3516H集成了5A 高效率同步降压变换器。支持PPS/PD/QC/AFC/FCP/SCP/PE/SFCP等多种快充协议,最大输出PD 100W,CC/CV模式,以及双口管理逻辑。外围只需少量的器件,即可组成完整的高性能多快充协议双口充电解决方案。
智融科技 SW3516H 资料信息。
充电头网通过拆解发现,SW3516H还被华硕65W 2C1A氮化镓充电器、努比亚65W氘锋三口氮化镓快速充电器、雷柏65W GaN快充、绿联65W 4C口氮化镓快充充电器、联想90W闪充双口氮化镓充电器、鸿达顺120W四口2C2A快充等多款产品采用,此外智融的快充芯片还可用于USB PD快充移动电源、快充车充等领域。
另一路降压协议芯片同样采用智融科技SW3516H。
两路同步降压开关管来自锐骏半导体,型号RUH4040M2,NMOS,耐压40V,导阻为8mΩ,采用PDFN3333封装。
两颗降压电感外套热缩管绝缘。
两颗滤波电容来自瑞隆,规格为220μF25V,两颗分别对应两路输出。
在小板背面还焊接一颗同规格的滤波电容。
用于USB-C2和USB-A口的VBUS开关管来自锐骏半导体,型号RU30D20,是一颗双NMOS,耐压30V,导阻8.5mΩ,使用PDFN3333封装。
用于功率自动分配控制的无标MCU特写。
USB-C母座采用过孔焊接固定,黑色胶芯不露铜。
USB-A母座采用绿色胶芯,前端设有辅助触点。
充电头网总结
通过对氮矽DXP8001FA氮化镓集成控制器芯片的参考设计解析发现,这款参考设计的开关电源初级,只使用了一颗芯片,就取代了传统氮化镓快充中的控制器+氮化镓开关管的设计。参考设计中采用了氮矽科技DXP8001FA氮化镓集成控制器芯片,芯片为反激架构,固定电压输出。
输出采用两路独立的降压电路,使用智融科技SW3516H降压协议芯片,搭配外置的开关管和降压电感,实现三口快充。PCBA模块采用三块小板组合焊接,将发热源分散,降低温升,便于进行散热设计。
氮矽科技 DXP8001FA采用自适应多模式控制,支持DCM和QR工作模式,并支持突发模式提升能效。芯片内部集成丰富的保护功能,并采用散热增强的DFN8*8封装,为氮化镓快充提供高效可靠的解决方案。
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