古石188W多口桌面充電器選用森國(guó)科SiC二極管應(yīng)用案例

經(jīng)專業(yè)拆解機(jī)構(gòu)——充電頭網(wǎng)的拆解報(bào)告顯示：古石一款188W多口氮化鎵桌面充電器的PFC升壓電感采用了森國(guó)科第五代TMPS碳化硅二極管：型號(hào)為KS08065D，耐壓650V，正向電流8A，最高工作溫度175℃，采用PDFN5*6封裝。

經(jīng)過性能測(cè)試和市場(chǎng)驗(yàn)證，森國(guó)科多款碳化硅二極管產(chǎn)品型號(hào)可用于PD電源，以下選型僅供參考：

深圳市森國(guó)科科技股份有限公司是一家專業(yè)從事碳化硅（SiC）功率器件設(shè)計(jì)及銷售的國(guó)家高新科技企業(yè),總部設(shè)在深圳。現(xiàn)主營(yíng)的第五代650V和1200V SiC二極管系列、1200V SiC MOSFET產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，合作的客戶涉及了新能源汽車、光伏逆變器、儲(chǔ)能逆變器、礦機(jī)電源、通信設(shè)備電源、5G微基站電源、服務(wù)器電源、工業(yè)電源、快充電源、軌道交通電源、充電樁電源模塊等多個(gè)大型領(lǐng)域。

森國(guó)科合作最密切的供應(yīng)商是全球公認(rèn)的特色工藝第一名的X-FAB，我們的產(chǎn)品在封裝工藝上取得了重大突破，完成了從SMA到TO-247全系列的產(chǎn)品封裝布局，推出了最低漏電流、最小封裝、最低Vf的各系列SiC器件，可滿足客戶的多樣化需求。

前言

充電頭網(wǎng)拿到了古石一款188W多口氮化鎵桌面充參考設(shè)計(jì)，這款桌面充內(nèi)置ST意法半導(dǎo)體二合一控制器和氮化鎵半橋芯片，采用數(shù)字內(nèi)核控制，具有小體積，高性能，高集成度優(yōu)勢(shì)，滿足多口快充以及其他大功率應(yīng)用，為未來PD3.1充電器帶來更靈活的解決方案。

充電器設(shè)計(jì)為3C2A輸出，其中USB-C1和C2接口均具備140W PD3.1輸出。其他接口也支持快充，可滿足電腦與手機(jī)同時(shí)充電需求。下面就帶來這款桌面充的參考設(shè)計(jì)解析，一起看看內(nèi)部設(shè)計(jì)。

古石188W多口桌面充電器邊緣弧面過渡，產(chǎn)品整體看去扁平而圓潤(rùn)，機(jī)身正背面和邊緣外殼噴刷銀灰色金屬漆，商務(wù)氣息十足。

機(jī)身頂部印有188W GaN Fast，左側(cè)設(shè)有指示燈。

底部外殼印有充電器參數(shù)。

產(chǎn)品參數(shù)特寫

型號(hào)：GS-W188A0957

輸入：100-240V~50/60Hz 2.5A

USB-C1/C2輸出：5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V5A、28V5A

AVS：15V-28V5A 140W Max

USB-C3輸出：5V3A、9V3A、12V2.5A、15V2A、20V1.5A

PPS1：3.3V-11V3A

PPS2：3.3V-16V2A 30W Max

USB-A1輸出：3.3-12V2.2A、5V3A、9V2A、12V1.5A 22W Max

USB-A2輸出：5V3A、9V2A、12V1.5A 18W Max

雙口輸出：

C1+C2：100W+65W 165W Max

C1/C2+C3：140W+30W 170W Max

C1/C2+A1：140W+22W 162W Max

C1/C2+A2：140W+18W 158W Max

C3+A1：5V3A 15W Max

C3+A2：30W+18W 48W Max

A1+A2：22W+18W 40W Max

三口輸出：

C1+C2+C3：100W+45W+30W 175W Max

C1+C2+A1：100W+45W+22W 167W Max

C1+C2+A2：100W+45W+18W 163W Max

C1/C2+（C3+A1）：100W+15W 155W Max

C1/C2+C3+A2：140W+30W+18W 188W Max

C1/C2+A1+A2：140W+22W+18W 180W Max

（USB-C3+A1）+A2：15W+18W 33W Max

四口輸出：

C1+C2+（C3+A1）：100W+45W+15W 160W Max

C1+C2+C3+A2：100W+30W+30W+18W 178W Max

五口輸出：

C1+C2+（C3+A1）+A2：100W+45W+15W+18W 178W Max

產(chǎn)品通過了CB、CE、UKCA、FCC、PSE、UL、KC、CCC認(rèn)證。

四端設(shè)有防滑墊。

輸入端為8字插口。

輸出端配備3C2A五個(gè)USB接口，最多可同時(shí)給五臺(tái)設(shè)備供電。

實(shí)測(cè)這款桌面充電器機(jī)身長(zhǎng)度為123.38mm。

寬度為90.4mm。

厚度為33.3mm。

另外測(cè)得充電器凈重約為525g。

古石 x 意法188W充電器參考設(shè)計(jì)解析

看完了這款參考設(shè)計(jì)的外觀，下面就進(jìn)行拆解，對(duì)這款參考設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)解析，一起來看看設(shè)計(jì)和用料如何。

撬開充電器前后和左右兩側(cè)的蓋板打開充電器外殼，內(nèi)部PCBA模塊固定黃銅散熱片。

PCBA模塊通過螺絲固定。

擰下固定螺絲，取出PCBA模塊。

在PCBA模塊背面粘貼散熱銅片和絕緣麥拉片。

使用游標(biāo)卡尺測(cè)得PCBA模塊長(zhǎng)度約為117.76mm。

PCBA模塊寬度約為82mm。

PCBA模塊厚度約為24.33mm。

拆下PCBA模塊正面的散熱片，主板正面幾近灌膠處理，導(dǎo)熱膠填充器件縫隙同時(shí)起到加固作用。

將導(dǎo)熱膠清理干凈，PCBA模塊正面一覽，右側(cè)為交流輸入端，焊接電源插座，保險(xiǎn)絲，壓敏電阻，安規(guī)X2電容，共模電感。向左焊接整流橋，濾波電容和濾波電感，下方為PFC升壓電感，NTC熱敏電阻和高壓濾波電容。在PFC升壓電感左側(cè)為變壓器，變壓器上方焊接輸出濾波電容電感，下方焊接諧振電容和諧振電感，左側(cè)為降壓輸出小板。

PCBA模塊背面焊接PFC開關(guān)管，PFC整流管，ST意法半導(dǎo)體二合一控制器，ST意法半導(dǎo)體氮化鎵半橋芯片，同步整流控制器和同步整流管，還焊接一顆反饋光耦和兩顆貼片Y電容。

通過對(duì)PCBA模塊的觀察發(fā)現(xiàn)，這款參考設(shè)計(jì)采用ST意法半導(dǎo)體 PFC+LLC二合一方案，并使用氮化鎵開關(guān)管用于PFC升壓，氮化鎵半橋芯片用于LLC開關(guān)電源，同步整流控制器也來自意法半導(dǎo)體，固定電壓輸出。輸出電壓通過降壓電路進(jìn)行輸出。

PCBA模塊輸入端一覽，焊接電源輸入插座，保險(xiǎn)絲，壓敏電阻，共模電感和安規(guī)X2電容，左側(cè)焊接高壓濾波電容。

輸入端保險(xiǎn)絲來自誠(chéng)潤(rùn)電子，規(guī)格為5A 250V。

壓敏電阻來自嵩隆，型號(hào)VDR14D471K，用于吸收雷擊浪涌。

共模電感采用漆包線和絕緣線繞制。

安規(guī)X2電容來自JURCC捷威，規(guī)格為0.68μF。

PCBA模塊側(cè)面焊接安規(guī)X2電容，共模電感，整流橋，濾波電容和濾波電感，固態(tài)電容和濾波電感以及輸出降壓小板。

第二級(jí)共模電感采用扁銅線繞制，底部焊接絕緣支架。

整流橋來自XCH旭昌輝，型號(hào)GBU1010，規(guī)格為10A 1000V，使用兩顆并聯(lián)。

兩顆薄膜濾波電容105J450V。

兩顆薄膜電容和磁環(huán)電感用于濾波。

意法半導(dǎo)體的STNRG011是一顆數(shù)字化多模式PFC+ST專利time shift控制模式的LLC控制器，內(nèi)置800V高壓?jiǎn)?dòng)電路，內(nèi)置輸入電壓檢測(cè)和X電容放電功能，可降低待機(jī)功耗。內(nèi)置的PFC控制器支持輸入電壓前饋，THD優(yōu)化以及頻率限制，運(yùn)行在增強(qiáng)型固定導(dǎo)通時(shí)間模式下的臨界模式。

STNRG011內(nèi)置整套的PFC保護(hù)，諧振半橋的時(shí)間方便控制，支持快速突發(fā)模式的增強(qiáng)型輕載突發(fā)模式，內(nèi)置完整的半橋保護(hù)功能?？捎糜陂_放式電源、平板電視電源、PC電源和適配器應(yīng)用。

STNRG011采用SO20封裝，引腳采用區(qū)塊化設(shè)計(jì)，將高壓和驅(qū)動(dòng)引腳與采樣引腳分開，便于電路優(yōu)化設(shè)計(jì)。內(nèi)置8位數(shù)字內(nèi)核控制，內(nèi)置數(shù)字算法和硬件模擬電路，實(shí)現(xiàn)高性能和高可靠的電源設(shè)計(jì)。芯片內(nèi)置ROM存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)算法，參數(shù)可在生產(chǎn)階段存儲(chǔ)在器件存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)靈活的功能配置。并支持UART引腳通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，連接外部存儲(chǔ)器或從外部存儲(chǔ)器更新內(nèi)部存儲(chǔ)信息。

PFC開關(guān)管來自潤(rùn)新微，型號(hào)XG65T125HS1B，耐壓650V，導(dǎo)阻125mΩ，柵極支持20V耐壓，采用QFN8*8封裝。

PFC升壓電感采用利茲線繞制。

碳化硅二極管來自森國(guó)科，型號(hào)KS08065-D，規(guī)格為650V 8A，采用PDFN5*6封裝。

側(cè)面焊接高壓濾波電容、NTC熱敏電阻、諧振電感、諧振電容以及主控芯片供電電容。

NTC熱敏電阻來自至敏，型號(hào)HNP2R5D15，用于抑制電解電容的充電電流。

高壓濾波電容來自永銘，規(guī)格為120μF 450V。

LLC開關(guān)管來自ST意法半導(dǎo)體，是一顆半橋氮化鎵芯片，型號(hào)為MASTERGAN4，芯片內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器和兩顆650V耐壓，225mΩ導(dǎo)阻的氮化鎵開關(guān)管。芯片控制信號(hào)走線與功率走線分離設(shè)計(jì)，便于走線。

為主控芯片供電的濾波電容來自JSH萬京源，規(guī)格為25V 220μF。

諧振電容來自JURCC捷威，規(guī)格為0.033μF。

諧振電感磁芯包裹膠帶絕緣。

變壓器次級(jí)采用多層絕緣線繞制。

貼片Y電容來自四川特銳祥科技股份有限公司，具有體積小、重量輕等特色，非常適合應(yīng)用于氮化鎵快充這類高密度電源產(chǎn)品中。料號(hào)為TMY1471K。

特銳祥專注于被動(dòng)元器件的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售，注冊(cè)資本1億元。旗下有自主電容品牌兩類：SMD TRX及DIP TY電容器，TRX將致力于陶瓷材料的研究，以拓展更多品類的應(yīng)用，為客戶提供更多的解決方案。

充電頭網(wǎng)了解到，特銳祥貼片Y電容除了被倍思高通QC5認(rèn)證100Ｗ氮化鎵快充、麥多多100W氮化鎵、OPPO 65W超級(jí)閃充氮化鎵充電器、聯(lián)想90W氮化鎵快充、努比亞65W氮化鎵充電器、倍思120W氮化鎵+碳化硅PD快充充電器等數(shù)十款大功率充電器使用外，也可應(yīng)用于海陸通、第一衛(wèi)、貝爾金等品牌20W迷你快充上，性能獲得客戶一致認(rèn)可。

另一顆貼片Y電容料號(hào)相同。

奧倫德 OR1009光耦用于輸出電壓反饋。

同步整流控制器采用ST意法半導(dǎo)體的SRK2001同步整流控制器，是一顆用于LLC諧振轉(zhuǎn)換器的自適應(yīng)同步整流控制器，內(nèi)置雙NMOS驅(qū)動(dòng)輸出，支持32V供電電壓，具備35ns的總關(guān)斷延遲，支持標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電壓的同步整流管。

同步整流管來自芯控源，型號(hào)AGM042N10A，是一顆100V耐壓的NMOS，導(dǎo)阻4.2mΩ，采用PDFN5*6封裝，兩顆用于LLC同步整流。

輸出濾波電容和濾波電感特寫，電源輸出使用四顆470μF 35V固態(tài)電容濾波。

輸出濾波電感特寫。

輸出小板正面焊接USB-C和USB-A母座，以及輸出濾波電容。

將小板拆下，背面焊接降壓主控芯片、降壓MOS管和降壓電感，USB-C和USB-A母座均采用過孔焊接。

USB-C1口降壓協(xié)議芯片都是采用智融SW3566H。這是一款高集成度的多快充協(xié)議雙口充電SOC芯片，支持USB-C和USB-A接口充電，并支持雙口獨(dú)立限流。芯片內(nèi)部集成了高效率同步降壓轉(zhuǎn)換器，支持20V7A和28V5A輸出，支持PD3.1/QC/SCP/UFCS等快充協(xié)議，支持快充協(xié)議定制，最大支持140W輸出功率。

SW3566H集成了CC/CV模式，雙口管理邏輯和母線電壓檢測(cè)，搭配對(duì)應(yīng)的降壓開關(guān)管和VBUS開關(guān)管即可實(shí)現(xiàn)雙口降壓輸出。芯片內(nèi)置的降壓轉(zhuǎn)換器工作頻率為180KHz，支持PWM和PFM工作模式。輸出電流，線損補(bǔ)償?shù)缺Ｗo(hù)閾值均可通過I2C接口進(jìn)行設(shè)定，內(nèi)置的ADC可實(shí)現(xiàn)輸入輸出電壓，輸出電流，芯片溫度等9個(gè)通道的數(shù)據(jù)采樣，支持外接MCU進(jìn)行參數(shù)顯示。

SW3566H支持36V輸入電壓，最高輸出電流7A，芯片內(nèi)置軟啟動(dòng)，輸入過壓/欠壓保護(hù)，輸出過壓/欠壓保護(hù)，輸出過流/短路保護(hù)，DP/DM/CC過壓保護(hù)，芯片過熱保護(hù)和外接NTC熱敏電阻保護(hù)，以及限功率保護(hù)。芯片采用QFN4*4-32封裝。

兩降壓MOS管采用芯電元PES055N04G，NMOS，耐壓40V，DFN5x6-8L封裝。

USB-C1口輸出VBUS開關(guān)管采用冠禹KS4216MAT，NMOS，耐壓40V，PDFN3333封裝。

USB-C2口降壓電路的降壓協(xié)議芯片也是采用智融SW3566H。

降壓MOS管采用冠禹KS4216NAT，NMOS，耐壓40V，采用PDFN5060封裝。

USB-C2口輸出VBUS開關(guān)管也是采用冠禹KS4216MAT。

USB-C3和USB-A1口降壓協(xié)議IC采用智融SW3517S。這是一款高集成度的多快充協(xié)議雙口充電芯片，支持A+C口任意口快充輸出，支持雙口獨(dú)立限流。其集成了5A高效率同步降壓變換器，支持 PPS、PD、QC、AFC、FCP、SCP、PE、SFCP等多種快充協(xié)議，最大輸出PD 100W（20V5A），CC/CV 模式，以及雙口管理邏輯。外圍只需少量的器件，即可組成完整的高性能多快充協(xié)議雙口充電解決方案。

USB-A2口降壓協(xié)議芯片采用智融SW3521，這是一款高集成度的多快充協(xié)議充電芯片，其集成了 3.5A 高效率同步降壓變換器，支持 QC/AFC/FCP/SCP/PE/SFCP 等多種快充協(xié)議以及 CC/CV 模式。外圍只需少量的器件，即可組成完整的高性能多快充協(xié)議充電解決方案。

指示燈特寫。

輸出小板上二次濾波固態(tài)電容均來自萬京源，有180μF 35V和100μF 35V兩種規(guī)格。

USB-C母座采用過孔焊接固定，白色膠芯不露銅。

充電頭網(wǎng)拆解總結(jié)

古石這款氮化鎵桌面充參考設(shè)計(jì)具備188W輸出功率，具備3C2A接口配置，其中兩個(gè)USB-C接口支持140W PD3.1快充，并支持功率自動(dòng)分配，可滿足筆記本與手機(jī)同時(shí)快充需求。

充電頭網(wǎng)通過拆解了解到，古石這款參考設(shè)計(jì)采用ST意法半導(dǎo)體STNRG011二合一控制器，芯片內(nèi)部采用數(shù)字控制，支持PFC和LLC控制，并采用MASTERGAN4氮化鎵半橋芯片。PFC開關(guān)管采用潤(rùn)新微XG65T125HS1B氮化鎵開關(guān)管，PFC整流管采用森國(guó)科KS08065-D碳化硅二極管。

同步整流控制器采用意法SRK2001搭配芯控源AGM042N10A同步整流管，固定電壓輸出。輸出采用智融SW3566H、SW3517S和SW3521芯片進(jìn)行快充輸出。ST意法半導(dǎo)體這款快充電源采用二合一控制器和氮化鎵半橋芯片，提高了快充電源的集成度，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和調(diào)試，滿足快充電源和大功率適配器應(yīng)用。

審核編輯：劉清