前言

對(duì)于PD3.1充電器來(lái)說(shuō)，反激架構(gòu)已無(wú)法滿足大功率寬范圍電壓輸出需求，而使用LLC加同步降壓電路的方案，成本和體積不占優(yōu)勢(shì)。而不對(duì)稱半橋具備寬電壓輸出能力，通過(guò)初級(jí)側(cè)零電壓開(kāi)關(guān)和次級(jí)側(cè)同步整流管零電流開(kāi)關(guān)，提升轉(zhuǎn)換效率，非常適合單口百瓦以上的PD快充使用。

東科半導(dǎo)體在率先推出國(guó)內(nèi)首款氮化鎵合封芯片后，再次領(lǐng)先行業(yè)，推出了全合封AHB半橋芯片。這款芯片集成了LLC和反激的優(yōu)點(diǎn)，具備高轉(zhuǎn)換效率和寬電壓輸出能力。芯片為三合一設(shè)計(jì)，內(nèi)部集成AHB控制器，半橋驅(qū)動(dòng)器和氮化鎵半橋器件。

東科半導(dǎo)體的這款全合封AHB半橋氮化鎵芯片具有超高的集成度，外圍元件極簡(jiǎn)，簡(jiǎn)化調(diào)試，并降低成本。充電頭網(wǎng)已經(jīng)拿到基于DK8715AD全合封AHB氮化鎵芯片的140W PD3.1快充方案，下面就進(jìn)行解析，詳細(xì)介紹這款參考設(shè)計(jì)。

東科140W AHB快充DEMO外觀

基于東科DK8715AD設(shè)計(jì)的140W快充DEMO，從主板正面器件布局來(lái)看有明顯的分界感，一側(cè)布局共模電感、薄膜電容、PFC升壓電感等EMI和PFC電路相關(guān)器件。

另一側(cè)布局高/低壓濾波電容、變壓器等器件，USB-C母座焊接在小板上。

主板正面一覽，兩側(cè)器件“分界”處留有一定的空間，可以打膠固定器件以及輔助散熱。保險(xiǎn)絲和輸出小板間還鏤空處理，量產(chǎn)時(shí)可以加裝絕緣隔離板。

主板背面一覽，小電容、電阻等器件很少，外圍電路十分精簡(jiǎn)。

實(shí)測(cè)PCBA模塊長(zhǎng)度為66.39mm。

寬度為52.17mm。

厚度為23.92mm。

另外測(cè)得DEMO重量約為120g。

東科140W AHB快充DEMO解析

看完了東科這款140W PD3.1快充方案的外觀，下面就進(jìn)入解析環(huán)節(jié)，逐個(gè)介紹方案設(shè)計(jì)。

輸入端焊接保險(xiǎn)絲，共模電感和安規(guī)X2電容，右側(cè)焊接USB-C母座小板。

輸入保險(xiǎn)絲來(lái)自力特，392系列保險(xiǎn)絲，規(guī)格為4A。

共模電感采用漆包線和絕緣線繞制。

側(cè)面焊接PFC升壓電感，薄膜濾波電容，濾波電感，整流橋，共模電感和安規(guī)X2電容。

安規(guī)X2電容來(lái)自科雅，規(guī)格為0.56μF。

第二顆共模電感采用磁環(huán)繞制。

整流橋型號(hào)GBU1510，規(guī)格為15A 1000V。

薄膜濾波電容規(guī)格為1μF450V。

濾波電感采用磁環(huán)繞制。

在濾波電感底部焊接一顆薄膜電容。

PFC升壓控制器采用TI德州儀器UCC28056，具有超低空載損耗，在負(fù)載范圍內(nèi)提供出色的效率，符合IEC61000-3-2電流諧波標(biāo)準(zhǔn)的要求。

PFC開(kāi)關(guān)管來(lái)自英諾賽科，型號(hào)INN700D140C，是一顆耐壓700V的增強(qiáng)型氮化鎵單管，器件在原有650V耐壓基礎(chǔ)上升級(jí)至700V，瞬態(tài)耐壓為800V。器件導(dǎo)阻為106mΩ，支持更高功率應(yīng)用。

INN700D140C支持超高開(kāi)關(guān)頻率，無(wú)反向恢復(fù)電荷，具有極低的柵極電荷和輸出電荷，符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)應(yīng)用要求，內(nèi)置ESD保護(hù)，符合RoHS、無(wú)鉛、歐盟REACH法規(guī)，適用于AC-DC轉(zhuǎn)換，DC-DC轉(zhuǎn)換等高能效高密度應(yīng)用。采用DFN8*8封裝。

英諾賽科 INN700D140C 資料信息。

充電頭網(wǎng)拆解了解到，英諾賽科氮化鎵芯片目前已被三星，OPPO，VIVO，聯(lián)想，雅迪，LG，華碩，安克，努比亞，倍思，綠聯(lián)，閃極等多家知名品牌和廠商所采用，出貨量突破4億顆。

75mΩ取樣電阻用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)管電流。

PCBA模塊側(cè)面焊接高壓濾波電容和PFC升壓電感。

PFC升壓電感特寫，磁芯纏繞膠帶絕緣。

碳化硅二極管來(lái)自維安，型號(hào)WSRSIC006065NPD，規(guī)格為650V 6A，采用PDFN5*6封裝。

高壓濾波電容來(lái)自永銘，規(guī)格為100μF450V。

側(cè)面焊接輸出小板，輸出濾波電容，變壓器，濾波電容。

這款參考設(shè)計(jì)的核心元件來(lái)自東科半導(dǎo)體，型號(hào)DK8715AD，是一顆基于不對(duì)稱半橋架構(gòu)，集成了兩顆氮化鎵功率器件的AC-DC功率開(kāi)關(guān)芯片，其能夠在較大的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)原邊功率管ZVS，副邊整流管ZCS，從而提高電源系統(tǒng)效率。同時(shí)軟開(kāi)關(guān)還可以降低功率管應(yīng)力，內(nèi)置全范圍抖頻電路，從而減小開(kāi)關(guān)損耗并改善電磁干擾。

DK8715AD支持最高800KHz開(kāi)關(guān)頻率，前端帶有升壓PFC的情況下推薦功率為150W，待機(jī)功耗小于50mW，具備自適應(yīng)死區(qū)和關(guān)斷算法，無(wú)需外圍調(diào)節(jié)，外圍極致精簡(jiǎn)，同時(shí)具備無(wú)鹵素特性，符合ROHs要求，并內(nèi)置高壓?jiǎn)?dòng)和X電容放電電路，為系統(tǒng)提供更高的性能和可靠性。DK8715AD自適應(yīng)四種負(fù)載模式，有效提高各負(fù)載段效率，通過(guò)搭載DK8715AD，可使轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)95.4%。

DK8715AD內(nèi)置了兩顆650V增強(qiáng)型GaN HEMT，內(nèi)置半橋驅(qū)動(dòng)電路和不對(duì)稱半橋控制電路。上下管可以自適應(yīng)死區(qū)和關(guān)斷算法，其中下管（主功率管）自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間，上管（諧振管）自適應(yīng)關(guān)斷時(shí)間，無(wú)需外圍調(diào)節(jié)，極大的簡(jiǎn)化了方案設(shè)計(jì)和調(diào)試。同時(shí)配備了多功能引腳，這些引腳可以用于退磁檢測(cè)、輸出OVP、Brown in/out等功能，還具有CS負(fù)壓采樣功能從而提高驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性。

DK8715AD外圍精簡(jiǎn)，可極大簡(jiǎn)化AC-DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)和制造，尤其是需要高轉(zhuǎn)化效率和高功率密度的產(chǎn)品。DK8715AD 具備完善的保護(hù)功能：包括過(guò)載保護(hù)、輸出過(guò)壓保護(hù)、輸出短路保護(hù)、VCC 過(guò)/欠壓保護(hù)、VS 引腳異常保護(hù)、初級(jí)過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等。

諧振電容規(guī)格為0.56μF450V。

一顆濾波電容來(lái)自艾華，規(guī)格為100V10μF。

另一顆濾波電容規(guī)格為50V22μF。

變壓器磁芯纏繞膠帶絕緣。

貼片Y電容來(lái)自四川特銳祥科技股份有限公司，具有體積小、重量輕等特色，非常適合應(yīng)用于氮化鎵快充這類高密度電源產(chǎn)品中，兩顆料號(hào)TMY1331K。

特銳祥專注于被動(dòng)元器件的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售，注冊(cè)資本1億元。旗下有自主電容品牌兩類：SMD TRX及DIP TY電容器，TRX將致力于陶瓷材料的研究，以拓展更多品類的應(yīng)用，為客戶提供更多的解決方案。

充電頭網(wǎng)了解到，特銳祥貼片Y電容除了被麥多多100W氮化鎵、OPPO 65W超級(jí)閃充氮化鎵充電器、聯(lián)想90W氮化鎵快充、努比亞65W氮化鎵充電器、倍思120W氮化鎵+碳化硅PD快充充電器等數(shù)十款大功率充電器使用外，還應(yīng)用于海陸通、第一衛(wèi)、貝爾金等品牌20W迷你快充上，性能獲得客戶一致認(rèn)可。

另一顆料號(hào)為TMY1101K。

億光 EL1018光耦用于輸出電壓反饋調(diào)節(jié)。

同步整流芯片來(lái)自東科半導(dǎo)體，型號(hào)DK5V100R05VM，是一顆無(wú)外圍的同步整流芯片。芯片內(nèi)置100V耐壓，5mΩ導(dǎo)阻的同步整流管，可以大幅降低傳統(tǒng)肖特基二極管的導(dǎo)通損耗，直接替代肖特基二極管，提高電源的轉(zhuǎn)換效率，并改善EMI。

東科半導(dǎo)體DK5V100R05VM支持CCM/DCM/QR工作模式，內(nèi)置智能檢測(cè)，無(wú)需外接同步信號(hào)。芯片具備自供電技術(shù)，無(wú)需外圍元件，適用于USB PD快充，電源適配器和LED驅(qū)動(dòng)電源，采用SM-10封裝。

東科半導(dǎo)體 DK5V100R05VM 資料信息。

兩顆輸出濾波電容來(lái)自永銘，為NPX系列濾波電容，規(guī)格為680μF35V。

協(xié)議芯片來(lái)自慧能泰。型號(hào)HUSB362，是一款支持PD3.1 EPR且集成32位 RISC-V MCU的高性能PD協(xié)議芯片，帶有32 kB MTP存儲(chǔ)器，支持多個(gè)具有可編程電壓和電流的PDO，如PPS PDO、EPR PDO，所有的PDO都完全符合USB PD 3.1 V1.7規(guī)范。其支持EPR模式140 W（28V5A），PPS支持從18 W到100 W，AVS支持從100W到140W。目前HUSB362已通過(guò)了USB-IF協(xié)會(huì)的PD3.1合規(guī)性測(cè)試，EPR TID為9692。

輸出VBUS開(kāi)關(guān)管來(lái)自真茂佳，型號(hào)ZM045N03M，NMOS，耐壓30V，導(dǎo)阻4.5mΩ，采用DFN3*3封裝。

USB-C母座過(guò)孔焊接固定。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

東科半導(dǎo)體最新推出的這款全合封AHB半橋芯片DK8715AD，可以說(shuō)是為單口140W PD3.1充電器量身打造，提供了高轉(zhuǎn)換效率和成本優(yōu)化的解決方案。這顆芯片延續(xù)了東科氮化鎵合封芯片高集成度的優(yōu)點(diǎn)，將AHB控制器，半橋驅(qū)動(dòng)器和氮化鎵半橋器件集成在芯片內(nèi)部，充分發(fā)揮氮化鎵性能優(yōu)勢(shì)，并大幅簡(jiǎn)化了充電器的電路設(shè)計(jì)。

參考設(shè)計(jì)中還使用了東科零外圍同步整流芯片DK5V100R05VM，進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)換效率，降低功率損耗。通過(guò)對(duì)這款參考設(shè)計(jì)的解析，得益于東科半導(dǎo)體芯片的高集成度，可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)方案的元件數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于常規(guī)多顆芯片組成的AHB方案，有效簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低成本，非常適用于大功率快充充電器，電源適配器等應(yīng)用。