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亚成微65W高功率密度氮化镓快充参考设计评测

来源:充电头网 发布时间:2021-02-22 阅读次数:

近两年来,氮化镓快充已经成为了最受消费者欢迎的消费类电源产品,其中65W氮化镓快充更是成为了市场出货的主流规格,也是各家电源厂商竞争的主要战场。作为国内少数掌握氮化镓功率器件控制技术的芯片厂商,亚成微一直活跃在氮化镓快充产业链,致力为客户提供高功率密度USB PD快充解决方案。

近期,亚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高功率密度氮化镓快充方案,方案采用专有驱动技术,直驱E-MODE GaN功率器件,省去外置驱动器件,并通过高度集成的芯片设计以及巧妙的结构组合,实现了精简的外围电路和紧凑的PCB布局,有效的提高了产品效率及功率密度,帮助快充电源厂商加速大功率快充量产并节省物料成本。

目前充电头网已经拿到了基于亚成微控制器开发的全国产65W氮化镓快充参考设计,下面就为大家带来这套方案的详细评测。

一、亚成微65W氮化镓快充方案外观

【国产主控,货源充足】亚成微65W高功率密度氮化镓快充参考设计评测-充电头网

亚成微65W氮化镓快充参考设计采用两块PCB板垂直焊接组成,AC输入小板上焊接了输入保险丝整流电路和Type-C接口电路,主PCB板上焊接滤波电容和变压器及开关电源初次级元件。元件穿插布置,最大化利用充电器空间。

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充电器主PCB板正面焊接滤波电容和变压器,背面焊接初次级控制器和开关管。副板采用单面锡膏工艺设计,易于生产,减少工艺不良。

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主PCB板左侧是初级滤波电容,变压器使用绝缘胶带缠绕,右侧是PWM芯片供电电容。

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亚成微这款65W氮化镓快充参考设计电路简洁,芯片内置驱动器,直接驱动氮化镓开关管,无需内置驱动器的氮化镓器件或外置驱动器,简化电路设计。

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亚成微 RM6601SN是一款高性能高可靠性电流控制PWM控制器,全电压范围内待机功耗小于65mW,满足六级能效标准,并且支持CCM/QR混合模式。

 

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亚成微RM6601SN集成多种工作模式,在重载情况下,系统工作在传统的固频 130KHz 的 PWM 模式下,在低压输入时会进入 CCM 模式;在高压重载情况下,系统工作在 QR 模式,以降低开关损耗,同时结合 PFM工作模式提高系统效率;RM6601SN 采用专有驱动技术,直驱E-MODE GaN功率器件,提高产品效率及功率密度,简化EMI滤波电路设计,降低EMI器件成本,完美应用于大功率快速充电器。

在轻载或空载情况下,系统工作在 Burst Mode 模式,有效去除音频噪音,同时在该模式下,RM6601SN 本身损耗极低,因此可以做到超低待机功耗。在任何模式下,都集成了特有抖频工作模式,以改善 EMI。

RM6601SN 同时集成了多种保护模式和补偿电路,包括VCC过压保护,内置过热保护,外置过压保护,欠压锁定,逐周期过流保护,过载保护,短路保护,输出肖特基短路保护等,并内置斜坡补偿功能。

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方案配套使用亚成微自研的一款高性能高可靠性同步整流芯片RM3410T,系统稳定性更高。

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RM3410T 相比传统的二极管整流器,能够显着提高效率。当 RM3410T 检测到 MOSFET 的 VDS 小于-300mV 时,它会导通 MOSFET。一旦 VSWS 大于-10mV,RM3410T 将关闭 MOSFET。RM3410T 支持多种操作模式,如 DCM, CrCM,CCM 和准谐振。通过实施专有技术,RM3410T 能够处理 CCM 操作。
 

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氮化镓开关管采用英诺赛科INN650D02,无内置驱动器。

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这套方案的长度大约62mm。

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宽度约为30mm。

 

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高度约为22mm,通过计算体积,亚成微这款PD参考设计的功率密度达到了1.52W/cm³。

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亚成微65W参考方案和苹果61W适配器对比,体积优势非常明显。

二、亚成微65W氮化镓快充方案测试

1、协议检测和PDO报文

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使用ChargerLAB POWER-Z KT002对搭载了亚成微RM6601SN的65W氮化镓PD快充进行测试,显示支持Apple2.4A、Samsung5V/2A、QC3.0、QC2.0、DCP、AFC、FCP多种协议。

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使用ChargerLAB POWER-Z KT002对搭载了亚成微RM6601SN的65W氮化镓PD快充进行测试,显示具备5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3A五组固定电压档位,最大输出功率为60W,同时支持3.3-15V/3A,3.3-21V/3A两组PPS协议。
 

3、转换效率测试

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充电头网分别对亚成微65W PD快充在110Vac和220Vac供电的情况下进行了效率测试。当110Vac供电时,5V3A输出的转换效率约为92.12%,9V3A输出的转换效率约为92.26%,12V3A输出的转换效率约为92.16%,15V3A输出的转换效率约为92%,20V3.25A输出的转换效率约为91.49%。当220Vac供电时,5V3A输出的转换效率约为91.08%,9V3A输出的转换效率约为91.11%,12V3A输出的转换效率约为93.03%,15V3A输出的转换效率约为93.38%,20V3.25A输出的转换效率约为93.64%。从测试数据来看,该方案在220Vac供电的条件下,转换效率普遍高于110Vac供电。

4、待机功耗测试

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测试结果显示,在110Vac供电时,亚成微65W PD快充方案的空载待机功耗约为0.01W;当输入电压切换至220Vac时,其空载待机功耗约为0.05W。

5、纹波测试

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首先对亚成微65W PD快充方案进行空载纹波测试,在110Vac供电时,5V、9V、12V、15V、20V输出的空载纹波分别为96mVp-p、68mVp-p、56mVp-p、50mVp-p、48mVp-p。在220Vac供电时,5V、9V、12V、15V、20V输出的空载纹波分别为100mVp-p、80mVp-p、67mVp-p、56mVp-p、54mVp-p。

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在重载模式下,在110Vac供电时,5V、9V、12V、15V、20V输出的纹波分别为68mVp-p、47mVp-p、41mVp-p、44mVp-p、87mVp-p。在220Vac供电时,5V、9V、12V、15V、20V输出的纹波分别为73mVp-p、66mVp-p、56mVp-p、57mVp-p、53mVp-p。

6、温升测试

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对亚成微 65W氮化镓快充参考设计进行温升测试,在温度约为25℃的恒温箱内以 功率持续输出1小时,测得该方案正面最高温度约为108℃,最高温度点出现在变压器附近。

 

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该方案背面最高温度约为105℃,出现在同步整流管附近。

充电头网总结

亚成微65W氮化镓快充参考设计基于RM6601SN控制器和RM3410T同步整流器组合,方案集成度高,外围元件精简,系统稳定性更好。在110Vac和220Vac输入时换效率均在91%以上,并且输出功率越高效率越高。控制器内置氮化镓驱动器,可直接驱动氮化镓开关管,减少了元件数量,简化了产品设计。同时这款参考设计采用两块PCB板焊接组成,空间利用率高,进一步减小方案体积,有效提高了功率密度。

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