前言

國內知名快充芯片廠商南芯科技，在推出了氮化鎵直驅芯片，氮化鎵合封芯片之后，再次推出了最新POWERQUARK? 系列主副邊全集成的開關電源方案，芯片采用南芯科技自研的全集成封裝技術，支持次級控制軟開關技術，提升轉換效率。

這款芯片將快充充電器的原邊控制器，高壓GaN開關管，隔離通訊，次級同步整流控制器和協議功能全部集成，具有業(yè)界領先的高集成度，壓縮充電器體積，大幅提升消費者的使用體驗。下面充電頭網就對南芯POWERQUARK? 65W 參考設計進行解析，看看方案的設計。

南芯POWERQUARK? 65W 參考設計外觀

南芯POWERQUARK? 65W 參考設計輸入端設有EMI濾波和整流小板，輸出端也設有一塊小板，焊接USB-C輸出母座。

實測充電器長度約為46.13mm。

寬度約為23.79mm。

厚度為27.56mm。通過三圍可以算得這一參考設計的功率密度達2.15W/cm3。

另外測得充電器凈重約為46g。

南芯POWERQUARK? 65W 參考設計解析

PCBA模塊正面一覽，左側焊接輸入小板，右側焊接高壓濾波電容，中間為變壓器，右側為輸出濾波電容和USB-C母座小板。

參考設計PCBA模塊背面焊接南芯科技POWERQUARK?系列芯片和同步整流管。南芯科技這款全集成芯片橫跨初次級，芯片內置高速隔離數字通訊，不再需要外置光耦。

輸入小板焊接保險絲，共模電感。

輸入端保險絲規(guī)格為3.15A 300V。

側面一覽，在共模電感下方焊接一顆黃色Y電容。

共模電感采用漆包線和絕緣線繞制。

安規(guī)X2電容來自KWOKTRAN國燦電子。

輸入端小板側面焊接整流橋。

在小板背面焊接一顆整流橋，來自智威半導體，絲印R8M。

安規(guī)X2電容放電電阻特寫。

高壓濾波電容來自艾華。

其中一顆規(guī)格為400V22μF。

另外兩顆為400V33μF，濾波電容總容量為88μF。

參考設計采用南芯POWERQUARK?系列全集成芯片，型號SC3107C，芯片內置南芯自研的全集成封裝技術，內置高速隔離數字通訊技術，集成次級控制軟開關技術和次級控制主動式同步整流技術，并集成多標準快充協議兼容技術。一顆芯片可以實現傳統充電器中原邊控制器+GaN器件+隔離光耦+同步整流控制器和協議芯片五種獨立功能。

南芯POWERQUARK?系列全集成芯片將器件極致集成，減少充電器外圍元件數量，具備開發(fā)周期短，產品性價比高的優(yōu)勢。次級軟開關技術降低了開關損耗，提高了轉換效率，搭配同步整流，提升整體效率，降低散熱要求。并且內置高速數字隔離通信，無需光耦，可靠性更高。

芯片內部還集成協議功能，支持UFCS融合快充，PD快充以及私有協議定制，滿足主流市場需求。芯片內部集成供電過壓保護，逐周期電流限制，輸出欠壓保護，輸出過壓保護，輸出過電流保護和輸出短路保護。內部還集成軟啟動，最高工作頻率為175KHz。芯片采用SSOP38L封裝，支持65-140W PD快充應用。

變壓器來自鑫源康電子，磁芯纏繞膠帶絕緣。

兩顆貼片Y電容串聯連接。

同步整流管來自恒泰柯，型號HGN080N10AL，是一顆耐壓100V的NMOS，導阻為6.5mΩ，采用DFN5*6封裝。

輸出側焊接USB-C母座小板和兩顆濾波固態(tài)電容。

兩顆輸出濾波電容規(guī)格為680μF 25V。

輸出VBUS開關管來自威兆半導體，型號VS3698AE，是一顆耐壓30V的NMOS，導阻為3mΩ，采用PDFN3333封裝。

USB-C母座采用過孔焊接固定，黑色膠芯。

南芯POWERQUARK? 65W 參考設計評測

接下來，就帶大家來看一下這款南芯POWERQUARK? 65W 參考設計的充電表現。充電頭網會從充電兼容性測試、充電全程測試等方面帶大家全方位了解這款芯片。

充電兼容性測試

兼容性測試環(huán)節(jié)可以清楚的得知充電器為各個設備的充電情況，充電頭網使用數十款設備進行兼容性測試，為讀者呈現真實的測試數據。

USB-C

將 MacBook Pro16 M1 Max 連接充電器的C口輸出，使用 POWER-Z KM003C 測試儀讀取功率為 20.06V 3.22A 64.62W，屏中顯示成功握手PD快充協議。

將測試數據匯總至表格，先來看看手機部分，大部分手機都能握手9V電壓檔位，游戲機和平板握手15V電壓檔位，筆記本則握手20V電壓檔位。其中，魅族20 Pro兼容性表現良好，可以握手18V大電壓。

繪制出柱狀圖，充電功率最高的是 MacBook Pro16 M1 Max 為 64.59W，接近C口最高輸出功率，表現優(yōu)秀，其次是 聯想小新 Pro 14 為 60.81W，最低的是 Switch TV模式 為 9.1W，手機方面，充電功率最高的為魅族20 Pro的56.14W； 充電功率較低為iQOO Neo8 Pro的 11.20W。從柱狀圖中可以看出，大部分手機都在 14W及以上的功率，兼容性表現優(yōu)秀。

充電全程測試

南芯POWERQUARK? 65W 參考設計的最大輸出功率65W，在測試設備方面充電頭網選用了 iPhone 14 Pro 作為測試對象，將充電器與 iPhone 14 Pro 放置于25℃的恒溫箱中，并接通電源，測試結果如下。

接通電源后握手9V電壓，前16分鐘功率穩(wěn)定在21W左右；隨后功率下降至16W左右并持續(xù)充電至第30分鐘；隨后功率再次下降，以11W功率充電至第40分鐘；第49分鐘時握手5V電壓；隨后進入涓流充電，直至充滿，充電全程耗時約2小時05分鐘。

繪制出折線圖，可以看出，充電器為 iPhone 14 Pro 充電至50%耗時24分鐘，充至80%耗時51分鐘，充至100%耗時2小時05分鐘。

空載功耗測試

充電器在插座上插著不使用的情況下是否會浪費電，具體會損耗多少電能，這是許多讀者心中的疑問，待機功耗環(huán)節(jié)就是為了解答這個問題。將充電器插在貝奇功率計的插座上，并讀取功率計上的數據，測試結果如下。

經過功率計測試，充電器在220V 50Hz 電壓下的空載功耗為0.052W，換算下來一年損耗的電能約為0.456KW·h，若市電價為0.6元/KW·h，則充電器一年的電費約為0.27元左右。

再來看看在110V 60Hz 電壓下的空載功耗，使用功率計讀取的功耗為0.026W，換算下來一年損耗的電能約0.228KW·h，若市電價為0.6元/KW·h，則充電器一年的電費約為0.14元左右。

小結

經過上面的空載功耗測試，南芯POWERQUARK? 65W 參考設計在 220V 50Hz 電壓環(huán)境下插在插座上不使用，一年下來消耗的電費約為0.27元左右；而在110V 60Hz 的電壓環(huán)境插在插座上不使用，一年下來消耗的電費約在0.14元左右。

轉換效率測試

充電器本質上是一種轉換設備，過程中會有損耗，以熱量的形式散發(fā)出來；充電器從插座上汲取的功率往往會比充電器標注的功率大一些；將南芯POWERQUARK? 65W 參考設計在220V 50Hz 和110V 60Hz 交流輸入的情況下分別進行轉換效率測試，下圖是測試結果。

先來看看220V 50Hz電壓下轉換效率如何，整體轉換效率在93.9-95.1%之間；其中轉換效率最高的是20V3.25A檔位，轉換效率達到了95.1%；轉換效率最低的是5V3A檔位，轉換效率為93.9%。

再來看看110V 60Hz電壓下的轉換效率，整體的轉換效率在93.65-94.31%之間；其中轉換效率最高的是20V3.25A檔位，轉換效率達到了94.31%；轉換效率最低的是5V3A檔位，轉換效率為93.65%

整體來看，南芯POWERQUARK? 65W 參考設計在兩類電壓下的轉換效率要比主流快充方案的效率高不少，表現非常亮眼。

紋波測試

由于充電器中采用開關電源，變壓器次級輸出的并非直流電，需要經過整流和電容濾波輸出，也就是充電器輸出會存在紋波；充電頭網采用示波器測試充電器輸出的紋波值，與行業(yè)標準進行比對，檢測充電器的輸出質量。紋波越低，充電器的輸出質量就越高。

空載紋波

首先看看220V 50Hz電壓下的空載紋波，紋波峰峰值最高的是12V0A檔位，紋波峰峰值為52.8mVp-p；紋波峰峰值最低的是20V0A檔位，紋波峰峰值為47.2mVp-p。

再來看看110V 60Hz電壓下的空載紋波表現如何，紋波峰峰值最高的是9V0A檔位，紋波峰峰值為52.8mVp-p；紋波峰峰值最低的檔位是20V0A，紋波峰峰值為44mVp-p。

帶載紋波

首先看看220V 50Hz電壓下的帶載紋波，紋波峰峰值最高的是20V3.25A檔位，紋波峰峰值為48mVp-p；紋波峰峰值最低的是5V3A檔位，紋波峰峰值均為26.4mVp-p。

再來看看110V 60Hz電壓下的帶載紋波表現如何，紋波峰峰值最高的是20V3.25A檔位，紋波峰峰值為123mVp-p；紋波峰峰值最低的檔位是5V3A，紋波峰峰值為28.8mVp-p。

小結

YD/T 1591-2009 通信行業(yè)標準中充電器紋波要求是不高于200mVp-p，南芯POWERQUARK? 65W 參考設計在220V 50Hz、110V 60Hz的輸入電壓下，所有輸出功率紋波峰峰值均不高于128mVp-p，整體來看，表現相當不錯。

充電頭網總結

通過對南芯POWERQUARK?系列芯片的參考設計解析發(fā)現，整個參考設計只采用了一顆芯片就實現了傳統充電器中多顆器件才能實現的功能，將原邊控制器，GaN器件，光耦，同步整流控制器以及協議芯片全部集成在一個封裝內部。在實際的測試中，這款參考設計的轉換效率，待機功耗和兼容性都有很不錯的表現。南芯POWERQUARK?芯片領先于同類產品，在集成度，可靠性，協議支持等多個方面均具有優(yōu)勢。