200W大功率，雙口快充不降速，英諾賽科氮化鎵demo測試

2021-09-06

多口PD快充具有多個輸出口，可以同時為手機和筆記本充電，很受市場歡迎。但是現(xiàn)在的100W快充，單一接口可以輸出100W，連接其他接口后，輸出功率會降低為65W或者45W，這就很影響快充體驗了。

針對100W快充降速的問題，英諾賽科推出了高功率密度的200W氮化鎵3C2A多口快充參考設(shè)計，支持功率盲插，雙C口輸出時，都可以以100W滿功率輸出，不會影響快充體驗，三個C口同時輸出時，為100W+45W+45W，保證有一個C口可以滿功率輸出，保證使用體驗的同時還可以為連接的設(shè)備盡可能的高速充電。

英諾賽科200W參考設(shè)計，在單口及雙口輸出時任意C口均可100W快充，充分滿足大功率快充需求，A口支持30W快充。多口輸出策略輸出參數(shù)可以根據(jù)需求定制。

方案介紹

英諾賽科200W氮化鎵快充參考設(shè)計采用PFC+LLC的拓撲，電源采用固定電壓輸出，搭配四路小板獨立降壓，用于五個接口的快充輸出。

英諾賽科200W氮化鎵快充參考設(shè)計使用MPS二合一控制器HR1211配合英諾賽科氮化鎵INN650D260A組成帶PFC的LLC的恒壓輸出開關(guān)電源，次級采用MPS MP6924搭配安森美NTMFS5C628NL同步整流。C口與A口輸出二次降壓采用智融SW3516H和SW3515進行電壓轉(zhuǎn)換。

體積大小

使用游標卡尺測量PCB長度約為76mm。

使用游標卡尺測量PCB寬度約為74.9mm。

使用游標卡尺測量PCB厚度約為21.8mm，板端功率密度高達1.61W/cm3。

與蘋果96W充電器對比，英諾賽科200W參考設(shè)計體積幾乎相同。

側(cè)面看厚度還略薄一些。

英諾賽科200W氮化鎵參考設(shè)計厚度小于一元硬幣直徑。

與iPhone 12 Pro Max寬度相當。

用料解析

電源輸入垂直焊接了一塊小板，上面是共模電感等輸入EMI濾波器件。立體結(jié)構(gòu)充分利用空間。

電源輸入端采用三顆整流橋分攤發(fā)熱，降低溫升，整流橋來自揚杰，型號為YBSM6010，耐壓1000V，額定電流6A。

這款電源方案的主控芯片，MPS HR1211是一顆內(nèi)部集成PFC和LLC控制器的數(shù)字模式二合一控制器，可使用圖形界面進行編程，并支持密碼保護配置文件。

MPS HR1211是一顆高集成多模式的PFC和LLC二合一控制器，使用一顆芯片即可完成傳統(tǒng)2-3顆芯片才能完成的功能，簡化電路設(shè)計并減少元件數(shù)量。HR1211內(nèi)置的PFC控制器和LLC控制器，通過數(shù)字內(nèi)核控制，根據(jù)負載情況實現(xiàn)聯(lián)動控制，在連續(xù)、跳周期和Burst模式下運行，并可通過UART接口配置，以獲得更高的效率。

英諾賽科200W氮化鎵快充參考設(shè)計采用氮化鎵加碳化硅二極管的組合，PFC級采用自家INN650D260A搭配泰科天潤G3S06505R碳化硅二極管。碳化硅二極管反向恢復電流幾乎為0，可以提高開關(guān)頻率，并優(yōu)化EMI特性。縮小磁性元件體積，并提高效率。

HR1211的供電電容布局在PCB邊緣，來自豐賓，100μF25V，放置在邊緣可以有效防止電源高溫工作影響電容壽命。

PFC開關(guān)管采用英諾賽科 INN650D260A，兩顆并聯(lián)。這是一顆導阻為260mΩ的氮化鎵開關(guān)管，支持650V耐壓，峰值耐壓750V。得益于工藝改進，相比英諾賽科之前的氮化鎵器件，單位面積Ron更小，具備更小的導通損耗，性能有明顯的提升。INN650D260A適用于65-120W的反激拓撲，120-200W的LLC拓撲。

英諾賽科INN650D260A采用DFN8*8封裝，支持超高開關(guān)頻率，適用于AC-DC和DC-DC開關(guān)電源，圖騰柱PFC，電池快充等高功率密度高能效功率轉(zhuǎn)換。

PFC升壓整流使用泰科天潤 G3S06505R碳化硅二極管。泰科天潤 G3S06505R是一顆耐壓650V，額定電流5A的碳化硅二極管，用于PFC升壓整流。其支持175℃工作溫度，適用于開關(guān)電源，功率因數(shù)校正，電機驅(qū)動，逆變器及電動汽車充電器等場合應(yīng)用。

初級濾波電容共四顆并聯(lián)焊接在垂直小板上。使用PFC電路能有效減小初級濾波電容容量，減小充電器體積。

LLC諧振兩顆開關(guān)管采用英諾賽科INN650D260A。

另外一顆開關(guān)管。

LLC架構(gòu)特有的諧振電容，來自捷威，0.022μF 630V耐壓，MPP92，殼式封裝。

輸出同步整流采用MPS MP6924 雙路LLC同步整流控制器，可驅(qū)動兩個同步整流管，支持快速關(guān)斷，支持DCM、CCM和CrCM工作模式，外圍元件精簡。MP6924支持35V輸出電壓，可搭配邏輯電壓和標準電壓的同步整流管，支持CCM、CrCM和DCM運行模式，支持高側(cè)和低側(cè)同步整流，采用SOIC-8封裝。

兩顆同步整流管采用安森美NTMFS5C628NL，NMOS，耐壓60V，導阻2.4mΩ。

Y電容為特銳祥貼片Y電容，具有體積小、容量大、耐熱性好、適合批量生產(chǎn)的優(yōu)點。

輸出濾波電容為兩顆綠寶石BC系列固態(tài)電容，1000μF 25V，兩顆并聯(lián)。

英諾賽科200W氮化鎵參考設(shè)計采用固定電壓輸出，獨立降壓的架構(gòu)，三顆智融SW3516H進行獨立的三路USB-C輸出，一顆智融的SW3515用于兩個USB-A口輸出，單口獨立快充，雙口5V。智能功率控制采用芯海CSU38F16單片機控制。并且可按照實際情況進行配置。

輸出三個USB-C口均具備100W功率輸出，支持功率盲插。小板正面焊接VBUS開關(guān)管，磁環(huán)降壓電感和一顆永銘的NPX固態(tài)電容。

智融的SW3516H是一款支持1A1C雙接口的同步降壓控制器，內(nèi)置5A降壓轉(zhuǎn)換器，支持雙口輸出時獨立限流，單口支持最大100W輸出，協(xié)議支持廣泛，在65到100W的PD快充中都可以使用。

SW3516H支持40V輸入電壓，內(nèi)置的同步降壓轉(zhuǎn)換器，搭配兩個NMOS開關(guān)管，即可實現(xiàn)5A大電流輸出。內(nèi)置的降壓轉(zhuǎn)換器工作頻率為125KHz，輕載下PFM運行，中等負載及重載下PWM運行。

小板上焊接兩顆AON6354，用于同步整流降壓，NMOS，耐壓30V，導阻3.3mΩ，DFN5*6大封裝可支持100W大功率輸出。

輸出濾波電容來自永銘，NPX系列固態(tài)電容，220μF25V耐壓，該系列電容具有小體積、低ESR、高容許紋波電流、高可靠性、耐開關(guān)沖擊等特點。

方案測試

根據(jù)英諾賽科提供的資料顯示，這款200W的參考設(shè)計，在90Vac輸入時，25%負載的效率達到92.6%，滿載效率達到94%。230Vac輸入時，25%負載效率達到93.7%，滿載效率達到96.4%，可有效降低滿載溫升問題。

圖表為不同電壓下的效率測試結(jié)果。

HR1211的PFC控制既能工作于斷續(xù)模式，又能工作于連續(xù)模式。在AC90V時，使PFC電感進入連續(xù)模式能降低PFC電感溫升8度左右，同時PFC整流管采用兩顆GAN并聯(lián)，相對使用單顆GAN，PFC開關(guān)管的損耗被兩顆器件分攤開，從而能降低PFC開關(guān)管溫升大概10度左右。

下面是英諾賽科的200W電源溫升測試，90Vac輸入，測試滿載輸出溫升。測試環(huán)境溫度為28.8℃，熱機2小時。

其中LLC變壓器溫度為92℃，LLC諧振電感溫度為95℃，輸出濾波電解電容溫度為76℃，PFC電感溫度為91℃。

來到電路板背面，PFC氮化鎵開關(guān)管溫度為114℃，LLC兩顆氮化鎵開關(guān)管溫度分別為99.8℃和95.6℃，同步整流管溫度為95.5℃，整流橋溫度為113℃，PFC二極管溫度為105℃。測試中，整流橋和PFC二極管需要額外增加散熱片輔助散熱。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

通過將多口PD快充的功率提高到200W，直接解決了百瓦多口的功率分配問題。以小幅度的體積增加，換取翻倍的功率輸出。即使不能用滿充電器的輸出功率，低功率輸出也可以降低充電器的溫升，提升使用體驗。

英諾賽科200W氮化鎵快充參考設(shè)計，通過使用氮化鎵開關(guān)管配合PFC+LLC的高效架構(gòu)，滿足了小體積而又高效的電源設(shè)計。解決了傳統(tǒng)百瓦多口充電器在接入兩個設(shè)備，不能保持百瓦輸出的問題。并且兩個百瓦接口同時輸出，與兩個獨立的百瓦充電器相比，體積優(yōu)勢非常明顯。

使用高效率的LLC諧振架構(gòu)搭配INN650D260A氮化鎵器件以固定電壓輸出，可以獲得高轉(zhuǎn)換效率，降低充電器的散熱需求。并且在輸出端使用靈活的二次降壓電路，可在充電器中實現(xiàn)多種接口以及不同電壓的輸出支持，滿足廠商個性化需求。