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亞成微65W高功率密度氮化鎵快充參考設計評測

來源:充電頭網 發布時間:2021-02-22 閱讀次數:

近兩年來,氮化鎵快充已經成為了最受消費者歡迎的消費類電源產品,其中65W氮化鎵快充更是成為了市場出貨的主流規格,也是各家電源廠商競爭的主要戰場。作為國內少數掌握氮化鎵功率器件控制技術的芯片廠商,亞成微一直活躍在氮化鎵快充產業鏈,致力為客戶提供高功率密度USB PD快充解決方案。

近期,亞成微推出了一款基于自研主控芯片RM6601SN + 同步整流芯片RM3410T的 65W高功率密度氮化鎵快充方案,方案采用專有驅動技術,直驅E-MODE GaN功率器件,省去外置驅動器件,并通過高度集成的芯片設計以及巧妙的結構組合,實現了精簡的外圍電路和緊湊的PCB布局,有效的提高了產品效率及功率密度,幫助快充電源廠商加速大功率快充量產并節省物料成本。

目前充電頭網已經拿到了基于亞成微控制器開發的全國產65W氮化鎵快充參考設計,下面就為大家帶來這套方案的詳細評測。

一、亞成微65W氮化鎵快充方案外觀

【國產主控,貨源充足】亞成微65W高功率密度氮化鎵快充參考設計評測-充電頭網

亞成微65W氮化鎵快充參考設計采用兩塊PCB板垂直焊接組成,AC輸入小板上焊接了輸入保險絲整流電路和Type-C接口電路,主PCB板上焊接濾波電容和變壓器及開關電源初次級元件。元件穿插布置,最大化利用充電器空間。

【國產主控,貨源充足】亞成微65W高功率密度氮化鎵快充參考設計評測-充電頭網

充電器主PCB板正面焊接濾波電容和變壓器,背面焊接初次級控制器和開關管。副板采用單面錫膏工藝設計,易于生產,減少工藝不良。

【國產主控,貨源充足】亞成微65W高功率密度氮化鎵快充參考設計評測-充電頭網

主PCB板左側是初級濾波電容,變壓器使用絕緣膠帶纏繞,右側是PWM芯片供電電容。

【國產主控,貨源充足】亞成微65W高功率密度氮化鎵快充參考設計評測-充電頭網

亞成微這款65W氮化鎵快充參考設計電路簡潔,芯片內置驅動器,直接驅動氮化鎵開關管,無需內置驅動器的氮化鎵器件或外置驅動器,簡化電路設計。

【國產主控,貨源充足】亞成微65W高功率密度氮化鎵快充參考設計評測-充電頭網

亞成微 RM6601SN是一款高性能高可靠性電流控制PWM控制器,全電壓范圍內待機功耗小于65mW,滿足六級能效標準,并且支持CCM/QR混合模式。

 

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亞成微RM6601SN集成多種工作模式,在重載情況下,系統工作在傳統的固頻 130KHz 的 PWM 模式下,在低壓輸入時會進入 CCM 模式;在高壓重載情況下,系統工作在 QR 模式,以降低開關損耗,同時結合 PFM工作模式提高系統效率;RM6601SN 采用專有驅動技術,直驅E-MODE GaN功率器件,提高產品效率及功率密度,簡化EMI濾波電路設計,降低EMI器件成本,完美應用于大功率快速充電器。

在輕載或空載情況下,系統工作在 Burst Mode 模式,有效去除音頻噪音,同時在該模式下,RM6601SN 本身損耗極低,因此可以做到超低待機功耗。在任何模式下,都集成了特有抖頻工作模式,以改善 EMI。

RM6601SN 同時集成了多種保護模式和補償電路,包括VCC過壓保護,內置過熱保護,外置過壓保護,欠壓鎖定,逐周期過流保護,過載保護,短路保護,輸出肖特基短路保護等,并內置斜坡補償功能。

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方案配套使用亞成微自研的一款高性能高可靠性同步整流芯片RM3410T,系統穩定性更高。

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RM3410T 相比傳統的二極管整流器,能夠顯著提高效率。當 RM3410T 檢測到 MOSFET 的 VDS 小于-300mV 時,它會導通 MOSFET。一旦 VSWS 大于-10mV,RM3410T 將關閉 MOSFET。RM3410T 支持多種操作模式,如 DCM, CrCM,CCM 和準諧振。通過實施專有技術,RM3410T 能夠處理 CCM 操作。
 

【國產主控,貨源充足】亞成微65W高功率密度氮化鎵快充參考設計評測-充電頭網

氮化鎵開關管采用英諾賽科INN650D02,無內置驅動器。

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這套方案的長度大約62mm。

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寬度約為30mm。

 

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高度約為22mm,通過計算體積,亞成微這款PD參考設計的功率密度達到了1.52W/cm³。

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亞成微65W參考方案和蘋果61W適配器對比,體積優勢非常明顯。

二、亞成微65W氮化鎵快充方案測試

1、協議檢測和PDO報文

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使用ChargerLAB POWER-Z KT002對搭載了亞成微RM6601SN的65W氮化鎵PD快充進行測試,顯示支持Apple2.4A、Samsung5V/2A、QC3.0、QC2.0、DCP、AFC、FCP多種協議。

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使用ChargerLAB POWER-Z KT002對搭載了亞成微RM6601SN的65W氮化鎵PD快充進行測試,顯示具備5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3A五組固定電壓檔位,最大輸出功率為60W,同時支持3.3-15V/3A,3.3-21V/3A兩組PPS協議。
 

3、轉換效率測試

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充電頭網分別對亞成微65W PD快充在110Vac和220Vac供電的情況下進行了效率測試。當110Vac供電時,5V3A輸出的轉換效率約為92.12%,9V3A輸出的轉換效率約為92.26%,12V3A輸出的轉換效率約為92.16%,15V3A輸出的轉換效率約為92%,20V3.25A輸出的轉換效率約為91.49%。當220Vac供電時,5V3A輸出的轉換效率約為91.08%,9V3A輸出的轉換效率約為91.11%,12V3A輸出的轉換效率約為93.03%,15V3A輸出的轉換效率約為93.38%,20V3.25A輸出的轉換效率約為93.64%。從測試數據來看,該方案在220Vac供電的條件下,轉換效率普遍高于110Vac供電。

4、待機功耗測試

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測試結果顯示,在110Vac供電時,亞成微65W PD快充方案的空載待機功耗約為0.01W;當輸入電壓切換至220Vac時,其空載待機功耗約為0.05W。

5、紋波測試

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首先對亞成微65W PD快充方案進行空載紋波測試,在110Vac供電時,5V、9V、12V、15V、20V輸出的空載紋波分別為96mVp-p、68mVp-p、56mVp-p、50mVp-p、48mVp-p。在220Vac供電時,5V、9V、12V、15V、20V輸出的空載紋波分別為100mVp-p、80mVp-p、67mVp-p、56mVp-p、54mVp-p。

【國產主控,貨源充足】亞成微65W高功率密度氮化鎵快充參考設計評測-充電頭網

 

在重載模式下,在110Vac供電時,5V、9V、12V、15V、20V輸出的紋波分別為68mVp-p、47mVp-p、41mVp-p、44mVp-p、87mVp-p。在220Vac供電時,5V、9V、12V、15V、20V輸出的紋波分別為73mVp-p、66mVp-p、56mVp-p、57mVp-p、53mVp-p。

6、溫升測試

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對亞成微 65W氮化鎵快充參考設計進行溫升測試,在溫度約為25℃的恒溫箱內以 功率持續輸出1小時,測得該方案正面最高溫度約為108℃,最高溫度點出現在變壓器附近。

 

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該方案背面最高溫度約為105℃,出現在同步整流管附近。

充電頭網總結

亞成微65W氮化鎵快充參考設計基于RM6601SN控制器和RM3410T同步整流器組合,方案集成度高,外圍元件精簡,系統穩定性更好。在110Vac和220Vac輸入時換效率均在91%以上,并且輸出功率越高效率越高。控制器內置氮化鎵驅動器,可直接驅動氮化鎵開關管,減少了元件數量,簡化了產品設計。同時這款參考設計采用兩塊PCB板焊接組成,空間利用率高,進一步減小方案體積,有效提高了功率密度。

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