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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）隨著電子設(shè)備充電功率的不斷提高，具有耐高溫、高壓、高開關(guān)頻率的氮化鎵，在消費(fèi)類快充領(lǐng)域進(jìn)入了發(fā)展的快車道。氮化鎵不僅能夠替代傳統(tǒng)硅基器件降低導(dǎo)通電阻，還能夠?qū)崿F(xiàn)更高的開關(guān)頻率，減小變壓的尺寸，助力充電器的小型化設(shè)計(jì)。

近日，筆者拆解了一款倍思的30W氮化鎵快充，并針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、用料、工作原理以及電源架構(gòu)進(jìn)行了分析，具體內(nèi)容見(jiàn)下文。

設(shè)計(jì)與基本參數(shù)

此款氮化鎵充電器的最高輸出功率為30W，它主要是針對(duì)iPhone用戶消費(fèi)群體推出的。頂部為單Type-C的功率輸出接口，并且為了提升產(chǎn)品的便攜性，充電器底部采用了可折疊式插腳的設(shè)計(jì)，減小收納體積。

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(jí)的輸出，并兼容PD、QC、PPS等多制式快充協(xié)議，具體尺寸為：長(zhǎng)3cm*寬2.85cm*高3.85cm（測(cè)量結(jié)果可能存在1mm誤差），以最高輸出功率30W計(jì)算，充電器的功率密度可達(dá)到0.91W/cm3，在同行業(yè)產(chǎn)品中屬于中等水平。

充電器的內(nèi)部采用的是U型拼接的設(shè)計(jì)，主要是為了將空間利用率實(shí)現(xiàn)最大化，提高充電器的功率密度。U型的拼接設(shè)計(jì)，也是目前行業(yè)內(nèi)為提升功率密度，運(yùn)用得較為廣泛的一種設(shè)計(jì)。

為了避免初、次級(jí)電路耦合，此款充電器還巧妙地使用了黑色塑料塊對(duì)初、次級(jí)電路器件固定，同時(shí)完成二者之間的電氣隔離。

工作原理解析

電流會(huì)先從電源的正極流入耐壓值為250V的保險(xiǎn)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(guò)的電流更加穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)消除共模干擾后的電流會(huì)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(zhuǎn)化為直流電，再經(jīng)過(guò)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(guān)管的配合。此時(shí)，充電器的主控芯片會(huì)通過(guò)控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，在變壓器原邊形成不斷變化的電流，經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)整流濾波后方可向手機(jī)輸出。

電源架構(gòu)及主要元器件

通過(guò)觀察電路得知，此款充電器采用了經(jīng)典的QR開關(guān)電源架構(gòu)設(shè)計(jì)。電路中沒(méi)有看到主控電路的開關(guān)管是因?yàn)?，主控芯片是一顆與氮化鎵開關(guān)管合封的南芯SC3056高頻準(zhǔn)諧振反激PWM轉(zhuǎn)換器，在QR工作模式下，可支持最高170kHz開關(guān)頻率。

通過(guò)采用合封芯片不僅消除了寄生參數(shù)對(duì)高頻開關(guān)造成的干擾，簡(jiǎn)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(chuàng)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(dòng)造成電容的擊穿。當(dāng)充電器接入220V市電經(jīng)過(guò)濾波、整流后，電壓會(huì)升高至311V，如果電壓源存在波動(dòng)的話，濾波、整流后的電壓會(huì)更高。

上圖為次級(jí)端電路，主要有同步整流控制器、同步整流管、協(xié)議識(shí)別芯片和VBUS開關(guān)構(gòu)成。同步整流控制器為南芯的SC3503，與并排的華瑞微HRG100N068GL開關(guān)管，構(gòu)成一套同步整流電路，下方為一顆南芯的SC2151A協(xié)議識(shí)別芯片。板子背面是一顆華瑞微HRT30N08J開關(guān)管，這顆開關(guān)管位于VBUS輸出電路上，做VBUS開關(guān)使用。

在初級(jí)側(cè)的小板上有一顆用于電路反饋的光電耦合器OR1009。實(shí)際上，它介于初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)之間，其主要是在次級(jí)協(xié)議芯片與充電設(shè)備完成協(xié)議識(shí)別后，將所需的電壓信息反饋給初級(jí)側(cè)的主控芯片，通過(guò)調(diào)整開關(guān)管的占空比來(lái)改變輸出端的電壓。

總結(jié)

這款倍思的30W氮化鎵快充，在做工方面還是相當(dāng)精細(xì)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(shí)現(xiàn)了最大化，可見(jiàn)開發(fā)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(guān)管，不過(guò)只在初級(jí)側(cè)使用了氮化鎵，同步整流以及VBUS開關(guān)依然還是傳統(tǒng)的硅基器件，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全氮化鎵。

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