電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李誠)隨著電子設(shè)備充電功率的不斷提高,具有耐高溫 、高壓、高開關(guān)頻率的氮化鎵,在消費(fèi)類快充領(lǐng)域進(jìn)入了發(fā)展的快車道。氮化鎵不僅能夠替代傳統(tǒng)硅基器件降低導(dǎo)通電阻,還能夠?qū)崿F(xiàn)更高的開關(guān)頻率,減小變壓的尺寸,助力充電器的小型化設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)與基本參數(shù)
此款氮化鎵充電器的最高輸出功率為30W,它主要是針對iPhone用戶消費(fèi)群體推出的。頂部為單Type-C的功率輸出接口,并且為了提升產(chǎn)品的便攜性,充電器底部采用了可折疊式插腳的設(shè)計(jì),減小收納體積。
該充電器支持100V~240V寬壓輸入,以及5V/3A、9V/5A、12V/2.5A、15V/2A、20V/1.5A多功率等級的輸出,并兼容PD、QC、PPS等多制式快充協(xié)議,具體尺寸為:長3cm*寬2.85cm*高3.85cm(測量結(jié)果可能存在1mm誤差),以最高輸出功率30W計(jì)算,充電器的功率密度可達(dá)到0.91W/cm3,在同行業(yè)產(chǎn)品中屬于中等水平。
充電器的內(nèi)部采用的是U型拼接的設(shè)計(jì),主要是為了將空間利用率實(shí)現(xiàn)最大化,提高充電器的功率密度。U型的拼接設(shè)計(jì),也是目前行業(yè)內(nèi)為提升功率密度,運(yùn)用得較為廣泛的一種設(shè)計(jì)。
工作原理解析
電流會(huì)先從電源的正極流入耐壓值為250V的保險(xiǎn)電阻,再流向共模電感、工字型電感,消除共模干擾、濾波,使通過的電流更加穩(wěn)定。經(jīng)過消除共模干擾后的電流會(huì)流入板子背面一體化封裝的整流管,將與市電連接的交流電轉(zhuǎn)化為直流電,再經(jīng)過兩顆高壓電容濾波后流向變壓器。
電流從原邊流向副邊需要主控芯片與開關(guān)管的配合。此時(shí),充電器的主控芯片會(huì)通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷,在變壓器原邊形成不斷變化的電流,經(jīng)過變壓器降壓后流向副邊。由于變壓器副邊輸出的還是是交流電,需要經(jīng)過整流濾波后方可向手機(jī)輸出。
電源架構(gòu)及主要元器件
通過觀察電路得知,此款充電器采用了經(jīng)典的QR開關(guān)電源架構(gòu)設(shè)計(jì)。電路中沒有看到主控電路的開關(guān)管是因?yàn)?,主控芯片是一顆與氮化鎵開關(guān)管合封的南芯SC3056高頻準(zhǔn)諧振反激PWM轉(zhuǎn)換器,在QR工作模式下,可支持最高170kHz開關(guān)頻率。
通過采用合封芯片不僅消除了寄生參數(shù)對高頻開關(guān)造成的干擾,簡化了外圍電路器件的使用,還有利于功率密度的提高。
上圖分別為充電器輸入端和輸出端的濾波電容,輸入端分別為一顆永明電子的33μF電容和一顆創(chuàng)宜興科技的22μF電容,這兩顆電容的耐壓值選型均為400V,這主要是為了提高充電器的可靠性,避免電壓波動(dòng)造成電容的擊穿。當(dāng)充電器接入220V市電經(jīng)過濾波、整流后,電壓會(huì)升高至311V,如果電壓源存在波動(dòng)的話,濾波、整流后的電壓會(huì)更高。
上圖為次級端電路,主要有同步整流控制器、同步整流管、協(xié)議識別芯片和VBUS開關(guān)構(gòu)成。同步整流控制器為南芯的SC3503,與并排的華瑞微HRG100N068GL開關(guān)管,構(gòu)成一套同步整流電路,下方為一顆南芯的SC2151A協(xié)議識別芯片。板子背面是一顆華瑞微HRT30N08J開關(guān)管,這顆開關(guān)管位于VBUS輸出電路上,做VBUS開關(guān)使用。
在初級側(cè)的小板上有一顆用于電路反饋的光電耦合器OR1009。實(shí)際上,它介于初級側(cè)與次級側(cè)之間,其主要是在次級協(xié)議芯片與充電設(shè)備完成協(xié)議識別后,將所需的電壓信息反饋給初級側(cè)的主控芯片,通過調(diào)整開關(guān)管的占空比來改變輸出端的電壓。
總結(jié)
這款倍思的30W氮化鎵快充,在做工方面還是相當(dāng)精細(xì)的,元器件之間擺放位置的契合度也非常之高,將空間的利用率實(shí)現(xiàn)了最大化,可見開發(fā)工程師在器件布局方面花了不少心思。在元器件選擇方面,這款充電器的電路中一共使用到了3顆開關(guān)管,不過只在初級側(cè)使用了氮化鎵,同步整流以及VBUS開關(guān)依然還是傳統(tǒng)的硅基器件,并沒有實(shí)現(xiàn)全氮化鎵。
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