兼具“饼干”体积与多接口，智融推出65W超薄氮化镓快充方案

前言

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。

智融65W超薄快充方案外观

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。

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。

模块侧面一览。黑色电容沉板以降低厚度。

输出端小板仅用于焊接母座。无其它器件。

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。

测得模块长度为81.47mm。

宽度为46.38mm。

厚度为12.08mm。通过三维算得模块功率密度约为1.42W/cm³。

重量约为57g。

使用ChargerLAB POWER-Z KM002C测得USB-C1口支持Apple2.4A、Samsung 5V2A协议。以及QC3+、QC5、FCP、SCP、PD3.0、PPS快充协议。

PDO报文显示C1口具备5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A五组固定电压档位。以及3.3-21V3.25A三组PPS电压档位。

测得USB-C2口兼容协议和C1口的相同。

测得C2口PDO报文也和C1口的一样。

测得C3口同样支持QC3+、QC5、FCP、SCP、PD3.0、PPS快充协议。

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。

智融65W超薄快充方案解析

看完了外观的介绍。下面我们来从输入端开始。来看这款电源的用料和设计。

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。

电源输入端保险丝来自蓝宝。规格为3.15A。

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。

交流输入经过EMI电路。连接到整流桥的过孔。

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。

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+。

沃尔德 WRLSB80M 资料信息。

高压电解电容来自永铭。顶部套有黄色胶帽绝缘。

磁环差模电感。外套热缩管绝缘。

两颗高压电解电容并联滤波。其中一颗来自永铭。

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。

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。

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。

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。

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150mΩ。采用DFN8*8封装。右侧两颗0.27Ω电阻并联。用于初级电流检测。

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。

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。

变压器为平面变压器。磁芯缠绕黄色胶带绝缘。顶部贴有智融商标。

平面变压器次级采用铜柱焊接连接到PCB上。

两颗贴片Y电容来自禾伸堂。两颗串联获得更高的安全性。

用于输出电压反馈的EL1018光耦。

431电压基准配合光耦进行输出电压反馈。

同步整流管来自砹德曼。型号为AD120N85D5。是一颗耐压85V的NMOS管。采用DFN5*6封装。

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。

次级滤波固态电容来自瑞隆。规格为470μF 25V。将同步整流输出滤波。为二次降压电路供电。

充电器次级采用两颗4.7μH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。

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。

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。

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。

充电器

用于二次同步降压电路的MOS管来自智融科技。丝印SWT40N45。

220μF 25V固态电容用于二次降压输出滤波。

用于USB-C

充电器

用于双

充电器

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。

USB-C母座过孔焊接固定。黑色胶芯不露铜。

智融65W超薄快充方案兼容性测试

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。

iPhone 13 Pro Max是目前最新最大的iPhone手机。支持约27W的快充功率。使用USB-C为iPhone 13 Pro Max充电。功率为9.19V 2.92A 26.87W。USB-C完全可以满足iPhone 13 Pro Max的快充需求。

Switch底座TV模式支持PD快充。但想激活底座TV模式需要PD充电器支持15V3A及以上的PD快充档位。也就是充电器最低也要支持45W快充。使用USB-C为Switch底座TV模式供电。充电器输出功率为15.07V 0.29A 4.37W。成功点亮底座TV模式。

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。

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。

充电头网总结

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。