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            支持PD3.1 28V5A輸出,銳仕嘉推出140W雙C口氮化鎵快充方案

            2022-06-11

            深圳銳仕嘉科技有限公司是一家專業致力于提供高效率,高功率密度及高可靠性的開關電源及儲能電源方案商,與全球功率半導體領導品牌英飛凌簽署戰略合作伙伴協議. 能與客戶及時分享當前半導體前沿技術,并可為客戶提供從方案選型到產品認證批量生產的配套服務, 以及提供相關配套核心元器件銷售服務。

             

            銳仕嘉針對百瓦級電源市場推出了140W氮化鎵電源模組方案,其基于PFC+LLC電路拓撲進行設計的二合一主控TEA2016,同步采用MP6924A,使用Transphorm氮化鎵開關管搭配森國科碳化硅二極管,利用高集成主控和第三代半導體器件,實現了高效率、高功率密度、低溫升的快充電源設計。

             

            下面就隨充電頭網一起來看看銳仕嘉這套電源解決方案具體如何設計。

             

            銳仕嘉140W快充方案外觀

             

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            銳仕嘉140W雙C口電源模塊采用PFC+LLC高效拓撲,搭配二次降壓電路設計,支持140W功率盲插,雙口輸出時功率均為65W,支持獨立快充。

             

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            電源PCBA模塊預留了折疊插腳的空間,從正面圖上來看,左上角為PFC升壓電感,依次是高壓濾波電容,LLC變壓器。左下角是EMI濾波電路,右下角是輸出降壓電路,使用麥拉片絕緣隔離。

             

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            PCB背面是三顆氮化鎵開關管和一顆碳化硅二極管組成的初級部分,由TEA2016高集成主控控制,初級電路精簡,并沒有采用大功率電源中常見的小板焊接方式。輸出側電路只占左下角很小一部分,使用三塊PCB垂直焊接,分別用于同步整流和二次降壓。

             

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            測得模塊長度為68.57mm。

             

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            寬度為68.86mm。

             

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            厚度為22.46mm,進而算得DEMO的功率密度為1.32W/cm3。

             

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            另外測得重量約為153g。

             

            銳仕嘉140W快充方案詳解

             

            上面對這款140W電源模塊進行了簡單介紹,下面就對這款電源模塊進行詳細解析,一起來看看設計和用料如何。

             

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            電源輸入端一覽,交流輸入焊接連接到PCB上,焊接有保險絲,兩級共模電感,安規X2電容和NTC浪涌抑制電阻。

             

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            交流輸入首先通過一顆慢熔保險絲,保險絲規格為5A 250V。

             

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            第一級共模電感,使用漆包線和絕緣線并繞。

             

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            安規X2電容來自JURCC捷威電子。

             

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            第二級共模電感使用扁銅線繞制,底部焊接絕緣支架。

             

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            NTC熱敏電阻絲印5D-5,用于限制接入電源的沖擊電流。熱敏電阻后面的紅色捷威電容用于整流橋輸出濾波,整流橋在紅色電容后面。

             

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            輸出濾波電感采用磁環繞制。

             

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            用于PFC供電濾波的捷威薄膜電容,規格為1μF 450V,電容后面是PFC升壓電感。

             

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            PFC升壓電感特寫。

             

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            下面來到電源背面,這款電源采用PFC+LLC架構,主控芯片使用NXP恩智浦TEA2016,是一顆二合一控制器,芯片內置DCM模式PFC控制器和LLC諧振控制器,內置數字架構控制,參數可配置,簡化了電源設計,外圍元件精簡,內置多重完善的保護功能。

             

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            PFC開關管使用transphorm TP65H150G4LSG,是一款DFN8*8封裝的氮化鎵開關管,耐壓650V,瞬態耐壓800V,導阻為150mΩ,柵極支持20V耐壓,具備極低的反向恢復電荷,并減小開關損耗。相比傳統硅器件可提升能效及開關頻率,提升系統功率密度,減小系統尺寸及重量,并降低系統成本。

             

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            PFC升壓整流管使用森國科 KS06065D,耐壓650V,正向電流6A,最高工作溫度175℃,采用PDFN5*6封裝。

             

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            高壓濾波電容來自貴彌功,規格為450V 120μF,KMQ系列,105℃耐高溫。

             

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            LLC開關管使用transphorm TP65H3000G4LSG,是一款DFN8*8封裝的氮化鎵開關管,耐壓650V,瞬態耐壓725V,導阻為240mΩ,柵極支持18V耐壓,具備極低的反向恢復電荷,并減小開關損耗。transphorm的耗盡型氮化鎵器件,兼容傳統硅MOS的控制器,相比增強型氮化鎵開關管,無需額外增加元件,修改電路,簡化了氮化鎵器件的應用。

             

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            使用兩顆TP65H3000G4LSG氮化鎵開關管組成半橋。

             

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            電源初級使用一顆JSH萬京源PZ系列固態電容,用于PFC+LLC控制器供電濾波,規格為100μF 35V。

             

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            LLC諧振電容來自捷威。

             

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            諧振電感特寫。

             

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            兩顆貼片Y電容均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,非常適合應用于氮化鎵快充這類高密度電源產品中。料號為TMY1221K。

             

            特銳祥專注于被動元器件的研發、生產及銷售,注冊資本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用,為客戶提供更多的解決方案。

             

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            充電頭網了解到,特銳祥貼片Y電容除了被倍思高通QC5認證100W氮化鎵快充、麥多多100W氮化鎵、OPPO 65W超級閃充氮化鎵充電器、聯想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快充充電器等數十款大功率充電器使用外,也可應用于海陸通、第一衛、貝爾金等品牌20W迷你快充上,性能獲得客戶一致認可。

             

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            另外一顆貼片Y電容料號為TMY1102M。

             

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            用于輸出電壓反饋的1019光耦,電源為固定電壓輸出,使用兩路獨立的二次降壓電路進行降壓輸出。

             

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            電源輸出側一覽,焊接三塊小板分別用于兩路接口降壓控制和輸出同步整流。

             

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            兩路接口支持獨立的降壓輸出,雙口同時支持65W快充輸出,對應到兩個接口,采用兩顆降壓電感和輸出濾波電容,用于降壓輸出。

             

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            變壓器次級輸出連接到垂直的同步整流小板上,同步整流控制器采用MPS MP6924A,驅動兩顆外置MOS管用于LLC同步整流。兩顆濾波固態電容來自萬京源,PZ系列,680μF 35V。

             

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            磁環降壓電感特寫,外套熱縮管絕緣。

             

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            英集芯IP2736協議芯片支持USB PD3.0/3.1協議,支持28V EPR檔位輸出,支持E-Marker線纜。同時這顆協議芯片還支持QC5/QC4+QC3+/QC3.0/QC2.0快充協議,支持中國融合快充標準UFCS,支持FCP/SCP快充協議,支持AFC快充協議,支持SFCP快充協議和MTK PE快充。手機電腦快充全部通吃,協議支持非常全面。

             

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            英集芯IP2736協議芯片內部集成電壓基準,集成可編程的電壓/電流環路控制,芯片內部集成低端電流檢測,輸出支持線損補償。支持電源適配器應用的光耦反饋,支持通過I2C和FB控制的DC-DC改變輸出電壓,支持車充、儲能電源、充電器、移動電源、電動工具等應用。

             

            充電頭網拆解了解到,英集芯快充協議芯片已獲得小米、華為、三星等大品牌客戶的快充產品采用,產品性能質量獲得客戶高度認可。

             

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            外置的同步降壓管來自冠禹,型號KS3214MAT,耐壓30V,導阻4.5mΩ,采用PDFN3333封裝。

             

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            對應另外一路的同步降壓管,型號相同。

             

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            兩路輸出的濾波電容同樣來自萬京源,規格為330μF 35V。

             

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            另一路的濾波電容規格相同。

             

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            USB-C母座焊接在垂直小板上,過孔焊接固定,黑色膠芯不露銅。

             

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            另一路輸出的USB-C母座同樣焊接在垂直小板上。

             

            充電頭網總結

             

            通過對銳仕嘉140W USB PD3.1電源的詳解,我們發現這款電源使用了一款二合一的PFC+LLC控制器。恩智浦TEA2016通過將PFC控制器和LLC控制器集成在一個封裝內部,簡化了大功率快充電源初級設計,無需額外焊接小板,電路簡潔。同時這款電源中還使用了transphorm的耗盡型氮化鎵開關管,可以兼容傳統硅MOS驅動,無需對電路重新設計,進一步簡化電路,助力高功率密度設計。

             

            銳仕嘉這款140W USB PD3.1電源采用LLC電路恒壓輸出,搭配兩路降壓電路,使用英集芯IP2736協議芯片,兩個接口單口輸出時均支持140W輸出功率,雙口輸出功率自動分配為65+65W,滿足兩臺筆記本同時充電需求。電源內部高壓電解電容采用日系貴彌功,固態電容全部使用萬京源PZ系列充電器專用電容,具備小體積高可靠的性能優勢,滿足高端品牌對電源品質嚴苛要求。


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