隨著氮化鎵功率器件在 PD快充領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，氮化鎵功率器件已經(jīng)成為了消費(fèi)電子領(lǐng)域的新寵，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。氮化鎵功率器件憑借著自身優(yōu)異的性能和良好的熱特性，被廣泛應(yīng)用于充電器、電源適配器、筆記本電腦、路由器等數(shù)碼產(chǎn)品中。基于氮化鎵功率器件，研發(fā)出的快充電源方案，可以為手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等提供更高的充電功率，極大提升充電體驗(yàn)。本文介紹了一款65W氮化鎵（1A2C） PD快充電源方案，該方案采用功成半導(dǎo)體最新的氮化鎵功率器件:RX65T300HS2A,通過(guò)方案的設(shè)計(jì)和 PCB板布線實(shí)現(xiàn)了更好的電源性能。該方案具有體積小、發(fā)熱量低、支持多協(xié)議快充等優(yōu)勢(shì)，非常適合在移動(dòng)電源領(lǐng)域使用。

概述

氮化鎵（GaN）功率器件，具有體積小、發(fā)熱低、效率高等特點(diǎn)，受到了眾多消費(fèi)者的歡迎。它憑借著優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦、無(wú)線路由器等數(shù)碼產(chǎn)品中。

功成半導(dǎo)體推出的RX65T300HS2A氮化鎵功率器件，是一款由開(kāi)關(guān)電源控制器（STC）和高集成功率 MOSFET組成的單芯片解決方案。該方案采用了當(dāng)前市場(chǎng)上最流行的開(kāi)關(guān)電源控制器（STC）和高集成功率 MOSFET （RX65T300HS2A），可實(shí)現(xiàn)65W大功率輸出，內(nèi)置過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫保護(hù)。該方案采用了“多協(xié)議”設(shè)計(jì)，可兼容多個(gè) PD協(xié)議，并支持20V/30A輸出，可滿足多種數(shù)碼產(chǎn)品的充電需求。

方案設(shè)計(jì)

整個(gè)電源方案是由功率開(kāi)關(guān)管RX65T300HS2A和同步整流器MK91808H組成，兩個(gè)元器件均為氮化鎵功率器件，其中RX65T300HS2A屬于高集成度，集成了控制邏輯，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制。MK91808H采用的是同步整流的方案，能夠大大降低成本。同步整流器MK91808H的開(kāi)關(guān)頻率為120 KHz，使用時(shí)輸入、輸出端均需要使用電容濾波。本方案中共使用了三顆電容濾波，分別為L(zhǎng)電容、 RD電容、U1電容。

電源方案中，輸出端采用了整流電路和降壓電路，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。其中降壓電路將交流電降壓為3.3V后再向充電模塊提供電壓。整流電路采用的是半橋結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

電源原理圖

圖一

電源原理圖如圖1所示，電源的輸入為AC220V，輸出為5V。開(kāi)關(guān)管采用VbusASDM30N35E，該器件是功率 MOSFET，具有高耐壓、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

ASDM30N35E內(nèi)部集成了一個(gè)降壓斬波電路，該電路由開(kāi)關(guān)電源芯片MK91808H和兩個(gè)輔助電源 IC組成，能夠有效地降低功率 MOSFET的導(dǎo)通電阻，從而降低了電源系統(tǒng)的發(fā)熱量。

開(kāi)關(guān)管采用的是RX65T300HS2A，這款氮化鎵功率器件采用最新的DFN3X3封裝,具有高可靠性、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。RX65T300HS2A通過(guò)外部元件焊接在 PCB板上，電路布局緊湊且容易安裝。RX65T300HS2A具有更大的通態(tài)電阻、更低的導(dǎo)通損耗等優(yōu)點(diǎn)。

PCB板設(shè)計(jì)

PCB板是電源設(shè)計(jì)的載體， PCB板的好壞直接影響到電源的性能。功成半導(dǎo)體今年推出了一款65W 1A2C快充電源，這款電源采用了雙管正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)降壓變壓器、兩個(gè)氮化鎵功率器件和多顆同步整流管組成。

由于雙管正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在漏感，需要在變壓器與氮化鎵功率器件之間放置一顆同步整流二極管來(lái)消除漏感。由于功率器件和同步整流二極管都位于變壓器內(nèi)部，且功率器件工作于開(kāi)關(guān)模式，需要在變壓器與氮化鎵功率器件之間放置一顆濾波電容。為了防止變壓器產(chǎn)生的熱量直接傳遞給氮化鎵功率器件，需要在變壓器與氮化鎵功率器件之間放置一顆散熱風(fēng)扇。

在設(shè)計(jì) PCB板時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

1.電源輸出部分的電源線和地線線之間不能有空氣層；

3.電源線與地線之間的距離要適中，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致電源發(fā)熱嚴(yán)重。

4.電源內(nèi)部的散熱片也需要與電路板保持一定的距離，避免其對(duì)電源線產(chǎn)生影響。

方案優(yōu)勢(shì)

1、該方案采用功成半導(dǎo)體最新的氮化鎵功率器件，相比上一代產(chǎn)品，體積小、發(fā)熱量低、效率高；

2、方案支持多協(xié)議，支持 QC2.0/3.0、 AFC、 PD3.0等協(xié)議；

3、方案采用二合一開(kāi)關(guān)電源架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多協(xié)議快充；

4、采用單路控制設(shè)計(jì)，可最多支持三臺(tái)設(shè)備同時(shí)快充。

5、方案集成了兩路 PWM控制器，可有效減少外圍電路復(fù)雜度，并降低成本；

6、方案采用的是單路 PWM控制設(shè)計(jì)，可在較低功耗下實(shí)現(xiàn)大功率輸出；

7、方案采用多層 PCB板設(shè)計(jì)，電路板可實(shí)現(xiàn)更小的空間占用；

8、方案集成了多顆功率開(kāi)關(guān)管，大大減小了 PCB板空間占用；

9、方案采用全定制元器件，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

1、功率密度高：RX65T300HS2A是最新的氮化鎵功率器件，體積僅有傳統(tǒng)硅基器件的一半，功率密度高達(dá)8W/cm2，可以直接安裝在 PCB上，大幅減少 PCB空間占用。

2、性能卓越：RX65T300HS2A是目前市場(chǎng)上性能最優(yōu)異的氮化鎵功率器件，已經(jīng)獲得多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外的發(fā)明專利。

3、散熱優(yōu)良：RX65T300HS2A內(nèi)部采用了金屬散熱片，并且有高導(dǎo)熱硅膠填充，在同等功率的條件下，能夠顯著降低 PCB的發(fā)熱量。

4、多協(xié)議支持：RX65T300HS2A支持 PD、 QC2.0、 QC3.0、 AFC、 FCP等多個(gè)快充協(xié)議，并且具備多種工作模式，可以滿足不同品牌的手機(jī)充電需求。

5、性價(jià)比高：RX65T300HS2A芯片原廠配套資料齊全，價(jià)格優(yōu)惠，量產(chǎn)成本低。

6、生產(chǎn)周期短：RX65T300HS2A芯片是全新設(shè)計(jì)的芯片，可實(shí)現(xiàn)快速量產(chǎn)。

總結(jié)

本文介紹的65W氮化鎵（1A2C） PD快充電源方案，采用功成半導(dǎo)體最新的氮化鎵功率器件：RX65T300HS2A，該方案是一款集成了內(nèi)置同步整流、自動(dòng)調(diào)壓和 USB PD快充協(xié)議功能的電源設(shè)計(jì)方案。方案采用開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并通過(guò)集成同步整流控制芯片、降壓和升壓轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了輸入電壓的靈活控制。該方案支持多協(xié)議快充輸出，具有體積小、發(fā)熱量低等優(yōu)勢(shì)，非常適合在移動(dòng)電源領(lǐng)域使用。

通過(guò)對(duì)功成半導(dǎo)體65W氮化鎵（1A2C） PD快充電源方案的詳細(xì)介紹，讀者可以了解到目前氮化鎵功率器件在移動(dòng)電源領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)隨著技術(shù)的不斷成熟和普及，氮化鎵功率器件在移動(dòng)電源領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，產(chǎn)品體驗(yàn)也會(huì)越來(lái)越好。

審核編輯黃宇