電子發燒友網報道(文/李誠)隨著電子設備充電功率的不斷提高,具有耐高溫 、高壓、高開關頻率的氮化鎵,在消費類快充領域進入了發展的快車道。氮化鎵不僅能夠替代傳統硅基器件降低導通電阻,還能夠實現更高的開關頻率,減小變壓的尺寸,助力充電器的小型化設計。
設計與基本參數
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等多制式快充協議,具體尺寸為:長3cm*寬2.85cm*高3.85cm(測量結果可能存在1mm誤差),以最高輸出功率30W計算,充電器的功率密度可達到0.91W/cm3,在同行業產品中屬于中等水平。
充電器的內部采用的是U型拼接的設計,主要是為了將空間利用率實現最大化,提高充電器的功率密度。U型的拼接設計,也是目前行業內為提升功率密度,運用得較為廣泛的一種設計。
工作原理解析
電流會先從電源的正極流入耐壓值為250V的保險電阻,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定。經過消除共模干擾后的電流會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化為直流電,再經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管的配合。此時,充電器的主控芯片會通過控制開關管的導通與關斷,在變壓器原邊形成不斷變化的電流,經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,需要經過整流濾波后方可向手機輸出。
電源架構及主要元器件
通過觀察電路得知,此款充電器采用了經典的QR開關電源架構設計。電路中沒有看到主控電路的開關管是因為,主控芯片是一顆與氮化鎵開關管合封的南芯SC3056高頻準諧振反激PWM轉換器,在QR工作模式下,可支持最高170kHz開關頻率。
通過采用合封芯片不僅消除了寄生參數對高頻開關造成的干擾,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,避免電壓波動造成電容的擊穿。當充電器接入220V市電經過濾波、整流后,電壓會升高至311V,如果電壓源存在波動的話,濾波、整流后的電壓會更高。
上圖為次級端電路,主要有同步整流控制器、同步整流管、協議識別芯片和VBUS開關構成。同步整流控制器為南芯的SC3503,與并排的華瑞微HRG100N068GL開關管,構成一套同步整流電路,下方為一顆南芯的SC2151A協議識別芯片。板子背面是一顆華瑞微HRT30N08J開關管,這顆開關管位于VBUS輸出電路上,做VBUS開關使用。
在初級側的小板上有一顆用于電路反饋的光電耦合器OR1009。實際上,它介于初級側與次級側之間,其主要是在次級協議芯片與充電設備完成協議識別后,將所需的電壓信息反饋給初級側的主控芯片,通過調整開關管的占空比來改變輸出端的電壓。
總結
這款倍思的30W氮化鎵快充,在做工方面還是相當精細的,元器件之間擺放位置的契合度也非常之高,將空間的利用率實現了最大化,可見開發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顆開關管,不過只在初級側使用了氮化鎵,同步整流以及VBUS開關依然還是傳統的硅基器件,并沒有實現全氮化鎵。
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