從GaN快充到多協(xié)議功率管理，綠聯(lián)如何在小體積中實現(xiàn)65W輸出？從反激初級到同步整流，從協(xié)議主控到功率分配，其電路設(shè)計體現(xiàn)了怎樣的多口快充兼容性與動態(tài)功率分配能力？

在高功率快充已成標(biāo)配的今天，如何在有限體積內(nèi)實現(xiàn)更高功率密度、更低成本與更強協(xié)議兼容能力，成為PD充電器方案設(shè)計中的核心命題。

本文拆解的是一款綠聯(lián)的 65W GaN 三口輸出的電源適配器，其內(nèi)部采用三塊板構(gòu)成.

整體實現(xiàn)了交流輸入整流與濾波、初級開關(guān)控制與功率變換、次級側(cè)同步整流、輸出電壓調(diào)節(jié)、協(xié)議控制與狀態(tài)指示等功能。

該電源適配器支持兩個USB-C口和一個USB-A口，具備多協(xié)議快充能力，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，器件分布清晰，具有代表性的電路組合值得進(jìn)一步拆解分析。

綠聯(lián)65WGaN三口快充充電頭介紹

充電頭包裝特寫。

包裝盒上印有產(chǎn)品參數(shù)：

輸入: 100-240V~50/60Hz 1.8A Max

USB-C1 輸出: 5V/3A 9V/3A 12V/3A 15V/3A 20V/3.25A 65W Max

USB-C2 輸出: 5V/3A 9V/3A 12V/2.5A 15V/2A 20V/1.5A 30W Max

USB-A 輸出: 5V/3A 9V/3A 12V/1.5A 10V/2.25A 22.5W Max

輸出總功率: 65W Max

將包裝盒打開，可得到充電頭全貌。

充電頭頂部有三個USB接口(2×USB-C + 1×USB-A)。

充電頭底部為可拆卸插腳設(shè)計。

底部印有3C產(chǎn)品認(rèn)證等標(biāo)識。

移除屏幕保護(hù)膜后，充電頭會根據(jù)工作狀態(tài)顯示不同表情圖案。

綠聯(lián)65WGaN三口快充充電頭拆解

拆卸充電頭外殼后，可見內(nèi)部電路情況。

充電頭內(nèi)部用灌封膠填滿，起到絕緣、導(dǎo)熱、抗震等作用。

將灌封膠去掉后可以看到電路情況。拆解后我們可以發(fā)現(xiàn)，不同于傳統(tǒng)的單板布局。

這款充電頭內(nèi)部設(shè)計采用了三板垂直插接、焊接組合，極大地提高了空間利用率。

其中兩塊板之間有一個黑色塑料片，起到高低壓板間的安全絕緣隔離作用。

接下來我們從電流路徑出發(fā)，分析其電路設(shè)計以及元器件選型。

反激電路初級側(cè)

輸入端一顆規(guī)格為3.15A，250V的保險絲。

差模電感和X電容，形成差模EMI濾波器，抑制開關(guān)電源工作時向電網(wǎng)回傳的高頻噪聲，滿足EMC要求。

整流橋來自慧芯電子，型號為RHBS810，封裝為HBS，規(guī)格為1000V，8A。

一顆NTC熱敏電阻，用來抑制浪涌電流。

兩顆來自Acon的高壓濾波電容，規(guī)格為47μF 400V。

電源主控IC來自南芯，型號為SC3057，封裝形式為QFN6*8。

這是一款集成GaN功率管的反激式PWM控制器，具備準(zhǔn)諧振控制功能，適用于高頻高密度的快充電源設(shè)計。

該芯片內(nèi)置高壓啟動電路及X電容放電功能，空載時進(jìn)入打嗝模式，靜態(tài)功耗低至350μA。SC3057具備自適應(yīng)頻率折返、谷底開關(guān)、分段供電等特性，并通過頻率擾動與智能驅(qū)動優(yōu)化EMI表現(xiàn)，同時提供全面的過壓、過流、短路等保護(hù)機制。

SC3057在該電路中負(fù)責(zé)反激變換的控制功能，驅(qū)動內(nèi)置GaN開關(guān)管，實現(xiàn)反激架構(gòu)的調(diào)壓與輸出控制。

變壓器特寫。

反激電路次級側(cè)

同步整流IC來自南芯，型號為SC3503，封裝形式為SOT23-6。

SC3503是一款次級同步整流控制器，內(nèi)置高速關(guān)斷比較器和誤觸發(fā)防護(hù)機制，適配CCM等復(fù)雜工作模式。

該芯片支持寬電壓輸出應(yīng)用，兼容高/低側(cè)整流設(shè)計，適用于多口快充、USB PD等高性能適配器場景。

SC3503在該電路中負(fù)責(zé)驅(qū)動次級同步整流MOSFET，完成反激架構(gòu)中次級側(cè)的整流控制功能。

同步整流MOS來自Wayon(維安)，型號為WMB080N10L，封裝形式為PDFN-8(5x6)。

這是一顆 100V N溝道功率MOSFET，采用威兆第四代Trench工藝，適用于快充電源等高效率整流應(yīng)用。

WMB080N10LG4的典型導(dǎo)通電阻為7.8mΩ(Vgs=10V) 10mΩ(Vgs=4.5V)，最大連續(xù)漏極電流為85A，支持100%單脈沖雪崩測試。

WMB080N10LG4在該電路中與SC3503配合，負(fù)責(zé)反激變換器次級側(cè)的同步整流動作。

兩顆用于濾波的固態(tài)電容，規(guī)格分別為220μF 25V和560μF 25V。

光耦來自億光，型號為EL1018，封裝形式為SOP-4。

EL1018在該電路中負(fù)責(zé)將輸出電壓變化以光信號反饋至初級側(cè)。

協(xié)議輸出電路

協(xié)議主控芯片來自智融科技，型號為SW3537，封裝形式為QFN-37(5.5x5.5)。

這是一款高集成度的多快充協(xié)議雙口充電芯片，支持PD3.0/PPS、QC5、AFC、FCP、SCP等多種主流協(xié)議，具備A+C任意口快充輸出與雙口獨立限流能力。芯片內(nèi)部集成USB Type-C接口邏輯、雙芯片動態(tài)功率分配引擎以及BC1.2兼容模塊，適配不同終端設(shè)備的快充需求。

該芯片適用于多口充電器、車載快充、排插式快充模塊等高集成化、多協(xié)議、多功率輸出場景。其外圍電路精簡，無需外接MCU即可完成協(xié)議識別、功率調(diào)配與降壓控制，適配30–65W多規(guī)格產(chǎn)品。

SW3537在該電路中負(fù)責(zé)對USB-A與USB-C2兩個接口進(jìn)行快充協(xié)議識別與輸出電壓電流控制，并控制SW3516P協(xié)同完成總功率動態(tài)分配。

USB-A和USB-C2的VBUS開關(guān)管來自Wayon(維安)，型號為WMQ40DN03，封裝形式為PDFN-8(3x3)。

WMQ40DN03是一款 30V 雙N通道增強型功率MOSFET，采用Trench工藝，適用于DC/DC變換器與功率管理開關(guān)等高效率場景。

該器件的典型導(dǎo)通電阻為9mΩ(@VGS=10V)、14mΩ(@VGS=4.5V)，最大連續(xù)漏極電流為40A，具備低柵極電荷以及100%雪崩測試保障。

在本電路中，WMQ40DN03作為雙N通道MOS，負(fù)責(zé)USB-A與USB-C2口的協(xié)議輸出路徑控制，由SW3537主控芯片驅(qū)動，用于實現(xiàn)對這兩個接口的VBUS供電管理與多協(xié)議調(diào)壓輸出。

協(xié)議控制芯片來自智融科技，型號為SW3516P，封裝形式為 QFN-28(4x4)。

這是一款高集成度的多快充協(xié)議雙口充電芯片，支持PD3.0/PPS、QC、AFC、FCP、SCP、PE、SFCP等多種主流快充協(xié)議，具備A+C任意口快充輸出與雙口獨立限流能力。芯片內(nèi)部集成USB Type-C接口邏輯、協(xié)議識別模塊以及 CC/CV 模式控制器，最大輸出功率支持至 100W(20V@5A)。

該芯片適用于單口或雙口快充電源產(chǎn)品，如USB PD快充適配器、多口充電器、便攜儲能等。

SW3516P在該電路中負(fù)責(zé)USB-C1接口的快充協(xié)議識別，通過驅(qū)動外部BUCK電路實現(xiàn)電壓調(diào)控，并與SW3537協(xié)同完成總功率動態(tài)分配管理。

兩顆SWT40N45組成同步降壓BUCK電路，由SW3516P控制驅(qū)動，負(fù)責(zé)將主電壓軌降壓至USB-C1所需輸出電壓。

USB-C1的VBUS開關(guān)管來自FETek，型號為FKBB3006，封裝形式為PRPAK3X3。

FKBB3006是一款30V N溝道功率MOSFET。該芯片的典型導(dǎo)通電阻為5.5mΩ(Vgs=10V)，最大持續(xù)漏極電流達(dá)64A，具備超低柵電荷與良好的dv/dt性能，并通過100%單脈沖雪崩測試。

在本電路中，F(xiàn)KBB3006 作為USB-C1接口的VBUS功率開關(guān)MOS，由SW3516P控制，負(fù)責(zé)輸出路徑的電壓導(dǎo)通與快充通斷切換。

LED驅(qū)動電路

一顆型號絲印模糊的芯片，來自輝芒微(FMD)的MCU負(fù)責(zé)控制LED，封裝形式為SOP-10。

以上為全部拆解內(nèi)容

Big-Bit拆解總結(jié)

這款綠聯(lián) 65W GaN 三口快充適配器內(nèi)部采用三塊板構(gòu)成的結(jié)構(gòu)方案，在有限體積中實現(xiàn)了多口輸出、高功率密度與協(xié)議兼容性的統(tǒng)一。

通過拆解可以看出，這款綠聯(lián) 65W GaN 三口快充適配器整體架構(gòu)采用典型的SSR反激拓?fù)?協(xié)議輸出方案，系統(tǒng)功能由交流輸入整流濾波、初級功率變換、次級同步整流、協(xié)議識別與調(diào)壓輸出等部分構(gòu)成。

其器件布局集中在三塊垂直插接的PCB上，結(jié)構(gòu)緊湊且利于散熱隔離，具備較強的系統(tǒng)設(shè)計針對性。

在初級側(cè)，整流部分通過RHBS810整流橋配合高壓濾波電容完成AC轉(zhuǎn)DC處理，主控芯片SC3057集成GaN功率管，結(jié)合準(zhǔn)諧振控制與頻率擾動等功能，負(fù)責(zé)整機反激架構(gòu)的高頻功率調(diào)控;在次級側(cè)，南芯SC3503與維安WMB080構(gòu)成同步整流組合，提升效率并降低導(dǎo)通損耗，同時通過光耦EL1018完成反饋環(huán)路閉環(huán)控制。

在協(xié)議輸出部分，充電頭使用SW3537與SW3516P兩顆協(xié)議主控芯片分別控制USB-A/C2與USB-C1接口，SW3537內(nèi)部集成協(xié)議識別與功率調(diào)配邏輯，通過WMQ40DN03控制USB-A/C2 VBUS通斷;SW3516P則通過驅(qū)動SWT40組成的BUCK電路實現(xiàn)C1口的調(diào)壓控制，并以FKBB3006作為VBUS MOS，完成快充的精確開關(guān)。

此外，一顆來自FMD的MCU通過SOP-10封裝獨立控制LED表情燈狀態(tài)，形成整機輔助人機交互功能。

整體方案在協(xié)議兼容性、電路分工與器件協(xié)同等方面體現(xiàn)出系統(tǒng)化設(shè)計思路，充分利用高集成控制芯片與功率器件協(xié)作，達(dá)成在有限體積內(nèi)實現(xiàn)三口高功率輸出的目標(biāo)。

審核編輯 黃宇